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摘要:5.12汶川地震还历历在目，如今的雅安地震又再次降临中华大地，让我们对建筑的杭震设计更加关注。而在对受灾区域建筑进行调查，发现由于房屋中的短柱而产生的破坏极为普遍。解决建筑中短柱问题，是提高建筑杭震性能的必不可少的环节。
关键词:短柱设计、抗震、验算
中图分类号：S611文献标识码： A
对于结构工程中构件的抗震设计，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)等相关规范、规程都有一些基本的设计要求，但不同规范、规程对此类构件的一些具体的界定还不尽相同，下面结合设计中的体会来谈谈短柱的抗震设计。
一、短柱的抗震设计
为满足地震作用下的墙身剪压比要求，而竖向分隔的方法同时也会带来另一个问题:因墙身分隔可能会有短肢墙(hw/bw=5~8)甚至柱(hw/bw<5)的出现这种情况下，短肢墙的抗震等级要提高一级，而按短肢墙的截面几何特点，一般会将其作为全截面暗柱处理，故而短肢墙的配筋量较一般墙身而言，会大大增加(可为一般墙身的4倍左右)，这在《高层建筑混凝土结构技术规程》中的7.1.2-6条已有明确要求，而在部分框支抗震墙结构的在框支层中的底部加强部位的落地抗震墻，按上述方法分隔而来的柱，因其还处于薄弱层，按照抗震概念设计思想，须要作加强处理(如抗震等级提高一级，箍筋全高加密等)。
二、短柱的正确判定
由于使用功能或建筑的布置要求，短柱通常出现在错层房屋、车库坡道、房屋的竖向不太规则的结构；当然，还有因在柱两侧砌体填充墙上紧贴柱开洞而形成的短柱—这一点还未引起一些结构设计人员的重视，很多震害表明:因填充墙形成的短柱，在地震作用下常常因其发生脆性的剪切破坏，而导致结构的破坏，甚至倒塌，因此正确判定短柱尤为重要。
《建筑抗震设计规范》规定柱的净高与截面高度的比值不大于4即为短柱。而包括工程技术人员在内的很多人都以此作为判定短柱的依据，但实质上是不是短柱取决于参数柱的剪跨比A，当参数A =M/Vh小于2时，此柱才能被判定为短柱，而当柱的净高H与截面高h之比H/h小于4时，参数A并不小于2，而这种柱是不能被判定为短柱的。因而可以说《建筑抗震设计规范》中对短柱的规定是具局限性的。介于此，当我们依照H/h小于4来对短柱进行判定时，要遵循如下两点:(1)A=M/Vh小于2；(2)由于框架柱反弯点大多都是靠近柱中点处的，于是我们取M=0.5 VH时， A=M/Vh=0.5 VH/Vh=0.5H/h 小于2，得出H/h小于4。但建筑的梁和柱的刚度相对较弱，特别是基部的几层，由于柱底部都是被嵌固的加上梁柱间的约束力，使得弯矩很小，反弯点一般都出现在柱中部以上，有的没有弯点出现的现象都存在，对于类似这种情况，用H/h小于4来判定短柱就不合适，此时需按短柱的力学定义，即用公式(1)来判定。
当框架柱的中点不是反弯点时，柱子上截面与下截面的弯矩值大小是不同的，即为Mt 不等于Mb，这样来，上下截面的剪跨比值也是不同的，即At = Mt/Vh 不等于 Ah = Mb/Vh。通常情况下，高层建筑的基部几层框架柱的反弯点是偏上部的，即Mb > Mt。这种情况可依据式(1)A=M/Vh＜2或式(2)Hn/h＜2/vn对短柱加以判定，式(2)中，vn为n层柱的反弯点高度比，由几何关系可得，vn=1/(1+1Y)，其中1Y=Mt/Mb，0＜1Y＜1，Hn为n层柱的净高，式(2)具通用性，当中点是反弯点时:1Y=1，vn=0.5，式(2)为Hn/h＜4，当反弯点偏上，在柱上端截面时，1Y=0，vn=1，式(2)为Hn/h＜2，当没有反弯点时，就依据最大弯矩作用截面的剪跨比A =M/Vh＜2加以判定是否属于短柱。只是简单进行初步判断时，可用D值法确定vn值，然后用(2)式加以判定，而在施工图的设计时，可以用计算结果做判断依据。
三、提高高层建筑中短柱的抗震性能的措施
依据参数判定框架柱不是短柱时，可依照常规的抗震要求加以处理，而被确为短柱时就需要采取一定的措施以提高短柱的延性和承载力，增强抗震能力。
1、运用复合螺旋箍筋
与短柱的抗震能力和延性差相比，对非短柱的抗震设计一般都是让框柱的抗剪力符合剪压比限制，并达到强剪弱弯的要求，而让柱端的承载力符合强柱弱梁的要求，那么照此类推，我们只要使短柱同时符合强剪弱弯与强柱弱梁的，便可达到让短柱不受剪切破坏的目标。当我们使用复合螺旋箍筋时能大大提高柱子的抗剪承载力，在一定程度上改善对柱的约束力，便可进一步提高短柱的抗震性能。
2、运用分体柱
实际短柱的抗弯承载力是远大于它的抗剪承载力的，但通常在地震中短柱总是由于剪裁的破坏而不能重复发挥抗弯功能。因而，我们可以故意设计成短柱的抗弯度与其抗剪度相应或更低，如此来，当受到地震作用时，短柱的抗弯强度会先起作用，从而出现延性的破坏现象。一般是通过在柱中竖向设缝的方式达到这种故意削弱抗弯强度的效果，一般在柱缝中设2个或者4个柱肢构成的分体柱，并分开配筋各柱肢。而柱肢间通常通过设置连接键来加强整个短柱的前期刚度与后期耗力。连接键有素硅连接键、顶制分隔板、通缝以及顶应力摩擦阻尼器等形式。这种分体柱的试验和理论分析均表明，在这种情况下，虽然削弱短柱的抗弯承载力，而剪裁承载力又不变，但整个柱的变形力与延性都有明显有的提高，其受破坏时呈现与常柱类似的反应，这种处理方式特别对超短柱的抗震力的改善甚为显著，因而在如今的施工设计中已经有所应用。
3、运用钢骨硅柱
钢骨硅柱顾名思义，由钢骨·以及包在外部的硅组成的柱。钢骨一般有十字、工字和口字形截面，可直接扎制或由钢板焊接而成。于普通的钢结构不同之处在于钢骨硅柱的包在外部的硅具有抗曲能力，可增强柱的刚度，将钢构件的出平面扭转曲性能得到大大提高，比普通的钢结构更能发挥出钢材所具有的刚度与强度，使用钢骨硅结构可节约一半的钢材料。
4、运用钢管硅柱
钢管硅是由薄壁钢管与钢管内的填充物硅组合而成的材料，属于套箍硅的一种。这种材料由于管内的硅多处受力，而使得钢管硅有较高的抗压力与极限压变力，而钢管硅的延展性也得到了提高。钢管不单是纵筋同时也属横向箍筋，它的管径和管壁厚度比值最少都在九十以下，即意味着配筋率最少也是4.6%以上，是远高于抗震规范里对钢筋硅柱最低配筋率值的。因而采用钢管硅柱，可使短柱纵使受到高轴压比时，仍可转化成塑性变形的压铰，进而避免受压区先被破坏的情况出现，同时也不会有钢柱受压后失稳的问题。由此我们也可知，运用钢管硅柱时对于其控制截面的转动力方面，通常是不需要设限轴压比限值的。
总之，汶川地震、雅安地震等接连的地震灾害以及严重的受灾情况，足以让我们开始重视建筑的抗震设计。而通过调查与本文也可看出，一般不宜用H/ho＜4来对短柱加以判定，我们应以剪跨比A = M/Vh＜2更合适。由于短柱的延性差特性，我们在进行设计时尽量避免出现短柱，对于实在无法避免的，应先给予判定后再进行合适的抗震处理。设计人员应结合实际情况，选用最经济、最有效的措施来提高短柱的抗震性能，进而提高建筑的安全性。
参考文献:
[1].中华人民共和国国家标准 建筑抗震设计规范.GB50011-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[2].中华人民共和国行业标准 高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[3].中华人民共和国行业标准 混凝土结构设计规范.GB50010-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[4].陈玉玺.超限高层结构振动台模型设计与动力分析.[J].武汉理工大学.2011.
关键词:短柱设计、抗震、验算
中图分类号：S611文献标识码： A
对于结构工程中构件的抗震设计，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)等相关规范、规程都有一些基本的设计要求，但不同规范、规程对此类构件的一些具体的界定还不尽相同，下面结合设计中的体会来谈谈短柱的抗震设计。
一、短柱的抗震设计
为满足地震作用下的墙身剪压比要求，而竖向分隔的方法同时也会带来另一个问题:因墙身分隔可能会有短肢墙(hw/bw=5~8)甚至柱(hw/bw<5)的出现这种情况下，短肢墙的抗震等级要提高一级，而按短肢墙的截面几何特点，一般会将其作为全截面暗柱处理，故而短肢墙的配筋量较一般墙身而言，会大大增加(可为一般墙身的4倍左右)，这在《高层建筑混凝土结构技术规程》中的7.1.2-6条已有明确要求，而在部分框支抗震墙结构的在框支层中的底部加强部位的落地抗震墻，按上述方法分隔而来的柱，因其还处于薄弱层，按照抗震概念设计思想，须要作加强处理(如抗震等级提高一级，箍筋全高加密等)。
二、短柱的正确判定
由于使用功能或建筑的布置要求，短柱通常出现在错层房屋、车库坡道、房屋的竖向不太规则的结构；当然，还有因在柱两侧砌体填充墙上紧贴柱开洞而形成的短柱—这一点还未引起一些结构设计人员的重视，很多震害表明:因填充墙形成的短柱，在地震作用下常常因其发生脆性的剪切破坏，而导致结构的破坏，甚至倒塌，因此正确判定短柱尤为重要。
《建筑抗震设计规范》规定柱的净高与截面高度的比值不大于4即为短柱。而包括工程技术人员在内的很多人都以此作为判定短柱的依据，但实质上是不是短柱取决于参数柱的剪跨比A，当参数A =M/Vh小于2时，此柱才能被判定为短柱，而当柱的净高H与截面高h之比H/h小于4时，参数A并不小于2，而这种柱是不能被判定为短柱的。因而可以说《建筑抗震设计规范》中对短柱的规定是具局限性的。介于此，当我们依照H/h小于4来对短柱进行判定时，要遵循如下两点:(1)A=M/Vh小于2；(2)由于框架柱反弯点大多都是靠近柱中点处的，于是我们取M=0.5 VH时， A=M/Vh=0.5 VH/Vh=0.5H/h 小于2，得出H/h小于4。但建筑的梁和柱的刚度相对较弱，特别是基部的几层，由于柱底部都是被嵌固的加上梁柱间的约束力，使得弯矩很小，反弯点一般都出现在柱中部以上，有的没有弯点出现的现象都存在，对于类似这种情况，用H/h小于4来判定短柱就不合适，此时需按短柱的力学定义，即用公式(1)来判定。
当框架柱的中点不是反弯点时，柱子上截面与下截面的弯矩值大小是不同的，即为Mt 不等于Mb，这样来，上下截面的剪跨比值也是不同的，即At = Mt/Vh 不等于 Ah = Mb/Vh。通常情况下，高层建筑的基部几层框架柱的反弯点是偏上部的，即Mb > Mt。这种情况可依据式(1)A=M/Vh＜2或式(2)Hn/h＜2/vn对短柱加以判定，式(2)中，vn为n层柱的反弯点高度比，由几何关系可得，vn=1/(1+1Y)，其中1Y=Mt/Mb，0＜1Y＜1，Hn为n层柱的净高，式(2)具通用性，当中点是反弯点时:1Y=1，vn=0.5，式(2)为Hn/h＜4，当反弯点偏上，在柱上端截面时，1Y=0，vn=1，式(2)为Hn/h＜2，当没有反弯点时，就依据最大弯矩作用截面的剪跨比A =M/Vh＜2加以判定是否属于短柱。只是简单进行初步判断时，可用D值法确定vn值，然后用(2)式加以判定，而在施工图的设计时，可以用计算结果做判断依据。
三、提高高层建筑中短柱的抗震性能的措施
依据参数判定框架柱不是短柱时，可依照常规的抗震要求加以处理，而被确为短柱时就需要采取一定的措施以提高短柱的延性和承载力，增强抗震能力。
1、运用复合螺旋箍筋
与短柱的抗震能力和延性差相比，对非短柱的抗震设计一般都是让框柱的抗剪力符合剪压比限制，并达到强剪弱弯的要求，而让柱端的承载力符合强柱弱梁的要求，那么照此类推，我们只要使短柱同时符合强剪弱弯与强柱弱梁的，便可达到让短柱不受剪切破坏的目标。当我们使用复合螺旋箍筋时能大大提高柱子的抗剪承载力，在一定程度上改善对柱的约束力，便可进一步提高短柱的抗震性能。
2、运用分体柱
实际短柱的抗弯承载力是远大于它的抗剪承载力的，但通常在地震中短柱总是由于剪裁的破坏而不能重复发挥抗弯功能。因而，我们可以故意设计成短柱的抗弯度与其抗剪度相应或更低，如此来，当受到地震作用时，短柱的抗弯强度会先起作用，从而出现延性的破坏现象。一般是通过在柱中竖向设缝的方式达到这种故意削弱抗弯强度的效果，一般在柱缝中设2个或者4个柱肢构成的分体柱，并分开配筋各柱肢。而柱肢间通常通过设置连接键来加强整个短柱的前期刚度与后期耗力。连接键有素硅连接键、顶制分隔板、通缝以及顶应力摩擦阻尼器等形式。这种分体柱的试验和理论分析均表明，在这种情况下，虽然削弱短柱的抗弯承载力，而剪裁承载力又不变，但整个柱的变形力与延性都有明显有的提高，其受破坏时呈现与常柱类似的反应，这种处理方式特别对超短柱的抗震力的改善甚为显著，因而在如今的施工设计中已经有所应用。
3、运用钢骨硅柱
钢骨硅柱顾名思义，由钢骨·以及包在外部的硅组成的柱。钢骨一般有十字、工字和口字形截面，可直接扎制或由钢板焊接而成。于普通的钢结构不同之处在于钢骨硅柱的包在外部的硅具有抗曲能力，可增强柱的刚度，将钢构件的出平面扭转曲性能得到大大提高，比普通的钢结构更能发挥出钢材所具有的刚度与强度，使用钢骨硅结构可节约一半的钢材料。
4、运用钢管硅柱
钢管硅是由薄壁钢管与钢管内的填充物硅组合而成的材料，属于套箍硅的一种。这种材料由于管内的硅多处受力，而使得钢管硅有较高的抗压力与极限压变力，而钢管硅的延展性也得到了提高。钢管不单是纵筋同时也属横向箍筋，它的管径和管壁厚度比值最少都在九十以下，即意味着配筋率最少也是4.6%以上，是远高于抗震规范里对钢筋硅柱最低配筋率值的。因而采用钢管硅柱，可使短柱纵使受到高轴压比时，仍可转化成塑性变形的压铰，进而避免受压区先被破坏的情况出现，同时也不会有钢柱受压后失稳的问题。由此我们也可知，运用钢管硅柱时对于其控制截面的转动力方面，通常是不需要设限轴压比限值的。
总之，汶川地震、雅安地震等接连的地震灾害以及严重的受灾情况，足以让我们开始重视建筑的抗震设计。而通过调查与本文也可看出，一般不宜用H/ho＜4来对短柱加以判定，我们应以剪跨比A = M/Vh＜2更合适。由于短柱的延性差特性，我们在进行设计时尽量避免出现短柱，对于实在无法避免的，应先给予判定后再进行合适的抗震处理。设计人员应结合实际情况，选用最经济、最有效的措施来提高短柱的抗震性能，进而提高建筑的安全性。
参考文献:
[1].中华人民共和国国家标准 建筑抗震设计规范.GB50011-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[2].中华人民共和国行业标准 高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[3].中华人民共和国行业标准 混凝土结构设计规范.GB50010-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[4].陈玉玺.超限高层结构振动台模型设计与动力分析.[J].武汉理工大学.2011.