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        建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高短柱延性的分析

        2017-03-04 21:37:18姜軍
        科學(xué)與財(cái)富 2016年32期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        姜軍

        摘 要:在現(xiàn)在社會(huì)不斷發(fā)展的過程中,對(duì)于建筑物的施工和設(shè)計(jì)也不再局限傳統(tǒng)的建筑模式,在目前越來越多的高層建筑物在我國(guó)得到廣泛的發(fā)展。盡管高層建筑物對(duì)促使我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)提升起到非常重要的作用,但是現(xiàn)在社會(huì)上存在的高層建筑物在施工和設(shè)計(jì)上還存在一定問題。盡管在現(xiàn)在社會(huì)上存在的計(jì)算機(jī)軟件能夠在高層建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候發(fā)揮很大的作用,但是在設(shè)計(jì)中的一些工作還需要建筑設(shè)計(jì)人員手動(dòng)操作。在建筑設(shè)計(jì)人員對(duì)高層建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,需要全面參考整個(gè)建筑軟件計(jì)算結(jié)果,借以確定整個(gè)建筑物的受力情況。另外在現(xiàn)在高層建筑施工的過程中還需要采取一定技術(shù)方法提高建筑施工中短柱的延性,因此,本文主要針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高短柱延性進(jìn)行深入分析。

        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);短柱延性;改善措施

        要想保證現(xiàn)在社會(huì)上存在的高層建筑物的質(zhì)量和使用壽命有一定提升,除了需要在進(jìn)行施工的時(shí)候?qū)φ麄€(gè)高層建筑物的施工技術(shù)起到高度重視,還需要對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中的短柱延性提高進(jìn)行深入分析。這樣做的根本目的在于保證整體建筑物的穩(wěn)定性和抗震性。但是在實(shí)際高層建筑短柱延性提高的過程中還存在一定問題,這就需要對(duì)其中存在的問題進(jìn)行深入研究,并根據(jù)分析結(jié)果提出有效措施,進(jìn)一步促使我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)得到更好的實(shí)施。

        1 短柱的判定方法

        按照文件的規(guī)定柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4稱為短柱,在工程界,工程技術(shù)人員往往都按該準(zhǔn)則來判定短柱。這個(gè)判定式只與柱的截面和層高有關(guān)系,與柱的內(nèi)力沒有關(guān)系。實(shí)際上,根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的理論分析短柱的確定依據(jù)是柱的剪跨比入,剪跨比入=M/Vh≤2才是短柱,而柱凈高與截面高度之比H/h≤4時(shí),其剪跨比?姿卻不一定小于2,也即不一定是短柱而設(shè)計(jì)人員按H/h≤4來判定短柱的主要依據(jù)是:①?姿=M/Vh≤2;②由于框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn),取M=0.5VH,則?姿=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2,也即有H/h≤4。但對(duì)于高層建筑梁、柱線剛度較小,尤其是底部幾層,受到柱底嵌固的影響,且梁對(duì)柱的約束彎矩也較小,反彎點(diǎn)的高度會(huì)比柱高的一半高,甚至可能不出現(xiàn)反彎點(diǎn)此時(shí)不應(yīng)該按H/h≤4來判定,而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義:剪跨比?姿=M/Vh≤2來判定。

        2 改進(jìn)措施

        根據(jù)前面對(duì)短柱的判定來說,在高層建筑設(shè)計(jì)和施工的過程中使用相應(yīng)短柱結(jié)構(gòu)對(duì)于提升整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性和抗震性起到非常重要的作用。但是由于短柱自身的特點(diǎn),導(dǎo)致其在高層建筑物中使用并不能全面提高自身延性,這樣對(duì)保證高層建筑物自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還存在一定弊端,針對(duì)于這一點(diǎn)就需要在對(duì)高層建筑物施工的時(shí)候采取有效的方法提升整個(gè)建筑物中短柱的延性,保證建筑物的質(zhì)量和穩(wěn)定性有所提高。對(duì)于提高短柱自身延性來說,在實(shí)施的時(shí)候還存在一些問題,這些問題的存在對(duì)提高短柱自身延性產(chǎn)生很大的阻礙作用,針對(duì)于這一點(diǎn)就需要在進(jìn)行短柱延性提高的過程中,對(duì)其自身存在的問題進(jìn)行深入分析,并根據(jù)分析結(jié)果提出有效改善措施。

        2.1 使用鋼管混凝土柱

        在整個(gè)高層建筑物施工的過程中不僅僅需要對(duì)整個(gè)建筑物結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境有一個(gè)全面的了解,還需要保證在整個(gè)高層建筑物施工的過程中對(duì)其自身使用的材料也起到高度重視,這樣對(duì)于促使整個(gè)高層建筑施工的順利實(shí)施起到不可忽視的作用。對(duì)于在現(xiàn)在高層建筑中的短柱延性提高中問題來說,還需要采取一定技術(shù)手段對(duì)其中存在的問題進(jìn)行有效解決。在對(duì)整個(gè)建筑短柱進(jìn)行研究中,發(fā)現(xiàn)阻礙短柱延性提高的因素主要表現(xiàn)在短柱自身強(qiáng)度不符合整個(gè)高層建筑的施工標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下就需要采取一定技術(shù)手段提高短柱自身強(qiáng)度。眾所周知在建筑施工中使用一定鋼筋混凝土材料,對(duì)于提升整個(gè)建筑物自身質(zhì)量和穩(wěn)定性起到非常重要的作用,因此將鋼筋混凝土制成高層建筑施工中需要的短柱,能夠有效提高短柱自身延性。在對(duì)鋼筋混凝土柱進(jìn)行研究中發(fā)現(xiàn)其自身本身就會(huì)受到鋼管的側(cè)向約束,在發(fā)生這種情況的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致整個(gè)短柱呈現(xiàn)三向受力的情況,有效將短柱承受的作用力進(jìn)行有效分散,增加混凝土自身抗壓強(qiáng)度。另外在短柱上應(yīng)用一定鋼筋混凝土,對(duì)提升短柱自身延性也起到非常重要的作用。在進(jìn)行鋼筋混凝土柱使用的時(shí)候還需要保證其自身涉及的數(shù)據(jù)都能夠符合建筑施工要求,這樣對(duì)于提高整個(gè)建筑物質(zhì)量和穩(wěn)定性起到非常重要的作用。在進(jìn)行施工的時(shí)候還需要對(duì)鋼筋混凝土自身抗壓性有一個(gè)全面的考慮,保證在施工的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)受壓區(qū)遭受破壞的現(xiàn)象,這樣對(duì)于保證整個(gè)高層建筑物中鋼筋混凝土柱的穩(wěn)定性起到非常重要的作用。另外在進(jìn)行鋼筋混凝土柱施工的時(shí)候,還需要對(duì)其自身涉及的數(shù)據(jù)與建筑整體進(jìn)行有效結(jié)合,有效保證建筑施工的順利進(jìn)行和承載力的計(jì)算。在相應(yīng)數(shù)據(jù)計(jì)算中可以發(fā)現(xiàn)將高強(qiáng)混凝土和適當(dāng)?shù)墓拷钪笜?biāo)進(jìn)行有效結(jié)合的過程中,可以有效增加整個(gè)施工過程中的短柱承載力,使其具有一定抗震能力。

        2.2 使用鋼骨混凝土柱

        由鋼骨和外包混凝土組成鋼骨混凝土柱。鋼骨通常采用工字形、口字形、十字形截面的鋼板。與鋼結(jié)構(gòu)相比,鋼骨混凝土柱外包的混凝土,能夠防止鋼構(gòu)件的局部屈曲,增強(qiáng)柱的整體剛度,從而顯著改善鋼構(gòu)件出平面的扭轉(zhuǎn)屈曲性能,也可以充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度。使用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),可比一般鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材用量50%以上。相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由于鋼骨的配置大大提高了柱子的承載力,從而有效地減小了柱截面尺寸;由于箍筋與鋼骨翼緣對(duì)混凝土的約束作用,混凝土的延性得到了提高,加上鋼骨自身的塑性使鋼骨混凝土柱具有良好的延性和耗能能力。

        2.3 使用分體柱

        由于短柱的抗剪承載力比抗彎承載力要小得多,在地震作用下往往是因剪壞而失效,不能完全發(fā)揮其抗彎強(qiáng)度。因此,可人為地減小短柱的抗彎強(qiáng)度,使抗彎強(qiáng)度略低于抗剪強(qiáng)度,這樣在地震作用下,柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。為了減小抗彎強(qiáng)度可以人為地在柱中沿豎向設(shè)縫,把短柱分為2或4個(gè)柱肢組成的分體柱,分體柱的各柱肢分開配筋。此外,可以在組成分體柱的柱肢之間設(shè)置一些連接鍵,以提高它的初期剛度和后期耗能能力。理論分析以及試驗(yàn)研究表明:使用分體柱,柱子的抗剪承載力基本不變,但抗彎承載力略有降低,這使得柱子的延性和變形能力均得到顯著提高,其破壞形態(tài)也由剪切型轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?,從而?shí)現(xiàn)了短柱變“長(zhǎng)柱”的設(shè)想。

        結(jié)束語

        當(dāng)按剪跨比判定柱子確為短柱時(shí),應(yīng)當(dāng)盡量減小短柱的截面尺寸,提高短柱的承載力,使用各種有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。使用分體柱等方法,均可有效地改善短柱的抗震性能;采用鋼管混凝土、鋼骨混凝土等新結(jié)構(gòu),可明顯提高柱的承載力,減少柱截面尺寸,從而避免在下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)短柱尤其是超短柱。

        參考文獻(xiàn)

        [1]朱繼華,黃素清.高強(qiáng)薄壁不銹鋼方形短柱設(shè)計(jì)[J].低溫建筑技術(shù),2008(05).

        [2]葉志鋒.框架短柱的判別及設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2006(16).

        [3]孔峻清.抗震短柱的若干處理技術(shù)[J].安徽建筑,2003(02).

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