现在许多房屋建筑用的是框架结构,在抗震性能方面比砖混结构有很大的提升。通过众多的地震震例的调查,框架结构的震害规律为:1.柱大于梁;2.角柱的震害大于一般柱;3.柱上端的震害大于下端。
从上面的规律可以看出,柱在框架结构中是非常重要的组件。若是框架柱在地震中受到破坏,那么整栋建筑物的安全就会受到严重威胁,所以框架柱抗震设计的重要性是不言而喻的。
一.什么是框架柱
框架柱是在框架结构中承受梁和板传来的荷载,并将荷载传给基础的构件,是主要的竖向支撑结构。
二.地震对框架柱造成的常见破坏形式有哪些
1.压弯破坏
2.剪切破坏
在循环往复的水平地震载荷作用下产生交叉裂缝或者斜裂缝,裂缝宽度较大,属于脆性破坏,且难以修复。
3.弯曲破坏
框架柱在水平地震荷载作用下,柱子抗弯强度不足,柱子上产生水平裂缝的情形,属于延性破坏。
三.框架柱的抗震设计
1.强柱弱梁的控制
框架柱作为框架结构的唯一竖向构件,一旦发生破坏将导致框架结构的失稳甚至是整体倒塌,因此在设计中应避免框架柱在地震作用下形成柱铰机构,其实现方法是通过强柱弱梁的设计来实现的。
在进行强柱弱梁设计时,要求同一节点上柱端截面极限设计弯矩之和应大于梁端极限设计弯矩之和。随着强柱弱梁系数( 即柱端截面极限设计弯矩与梁端极限设计弯矩的比值)的增大,楼层位移延性系数增大,但是增大的幅度随着强柱弱梁系数的增大而逐渐减小。
2. 强剪弱弯的控制
由于剪切破坏是一种脆性破坏,为了防止柱子端部在弯曲屈服前出现剪切破坏,就必须对柱子进行强剪弱弯的控制,即要使得柱子的受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力。
3. 结构布置
在进行框架柱的抗震设计时,不仅应从框架柱本身进行局部分析和设计,同时还应将框架柱放到框架结构中进行整体分析和设计,因为框架柱在受到地震作用时不是作为一个单体在进行抗震,而是作为框架结构中的一员,同其他构件一同抗震。
在结构布置中,宜选择规则的形体,框架柱布置宜规则对称,尽量避免采用不规则的平面布置,框架柱的侧向刚度沿竖向宜均匀变化,由于地震作用随着建筑自下而上逐渐减小,因此框架柱截面尺寸与材料强度同样宜自下而上逐渐减小,避免框架结构产生侧向刚度和承载力的突变。
4. 配筋率控制
在框架柱中,混凝土属于脆性材料,通过提高框架柱的纵向配筋率可以提高框架柱的延性。
但是,当纵向配筋率提高到一定限值后,其值的进一步提高对于框架柱抗震性能的提高将不再明显,从造价上分析将不再合理。另外,提高箍筋配箍率也能有效对核心混凝土进行约束,提高框架柱的抗震性能。
5. 轴压比的控制
轴压比对框架柱的承载力与延性有着重要的影响,随着框架柱轴压比的加大,柱的极限抗弯承载力有所提高,但是延性会降低。
因此在进行框架柱抗震设计时一定要合理控制其轴压比,不能超过合理限值。
6. 控制剪跨比
剪跨比对框架柱抗震性能的影响,主要体现在随着剪跨比的提高,框架柱的延性增大,其变形性能也随之增强。
所以,剪跨比对框架结构的抗震性能有着重要的影响,考虑剪跨比设计的框架结构具有较好的整体变形能力,其延性远超过未考虑剪跨比设计的框架结构。
参考文献
部分内容选自:陈俊名.《浅谈框架柱的抗震设计》
本文图片源于网络
文章来源: 震知卓见