建筑結構設計中短柱延性
在日常學習、工作生活中，大家都寫過論文吧，借助論文可以達到探討問題進行學術研究的目的。相信寫論文是一個讓許多人都頭痛的問題，下面是小編幫大家整理的建筑結構設計中短柱延性論文，僅供參考，希望能夠幫助到大家。
對于短柱而言，其抗彎承載力與抗剪承載力要大很多，所以在地震作用下，抗剪承載力如果受到破壞后，抗彎強度再大也都無法發揮出來。
摘要：
隨著社會經濟的發展，高層建筑在諸多城市建設中不斷涌現出來。在對高層建筑進行設計的時候，多數設計都可以采用計算軟件進行設計，降低了設計人員的工作量，但還有一部分工作需要設計人員進行操作，即按照軟件計算結果計算建筑的受力狀態，對建筑結構構造措施進行設計。本文主要針對高程建筑中短柱延性設計的提升進行分析和研究。
關鍵詞：
高層建筑；結構設計；短柱延性；分析
在高層建筑建設中，短柱的應用已經比較普遍，而在層高設計一定的情況下，為了使建筑延性提高，需要增加柱截面積，降低軸壓比，軸壓比越小，柱截面積越大。所以，在高層建筑結構設計中，為了對軸壓比限值進行滿足，往往需要將柱的截面積提高，出現短柱構造，甚至是超短柱構造。而在抗震性能的要求下，短柱要求具有足夠的抗震性能，需要將短柱延性進行提高，本文也針對建筑結構設計中延性提高的方法進行分析。
1、確定短柱的方法
根據相關要求，短柱的定義為柱子凈高（H）比截面高度（h），即H/h≤4時，將該柱稱為短柱，在建筑施工中，施工技術人員對短柱進行判定的時候多數都按照該判定方法來確定。該判定方法用到的參數只是層高與柱截面的關系，而對柱本身的內力關系沒有應用。而按照材料力學、結構力學理論，根據剪跨比（λ）也可作為短柱的衡量依據，即λ=M/Vh≤2時，該柱也為短柱，但是與層高與柱截面的關系下的H/h≤4的短柱判定方法相比，在這一條件下，λ的取值未必小于2，即不一定是短柱。在多數設計中，設計人員都采用H/h≤4來判斷短柱，主要依據的原理包含以下幾個方面：首先，λ=M/Vh≤2；其次，因為框架柱反彎點多數都已交接近柱中點，因此M取值為0。5VH，則此時λ≤2，即H/h≤4。但是在高層建筑中，由于柱、梁線剛度比較小，特別是建筑底部基層，柱體嵌固的影響比較大，并且柱受梁的約束彎矩較小，反彎點高度大于柱高的一半，甚至反彎點不存在，此時如果仍采用H/h≤4來判斷短柱是不合理的，應該采用λ=M/Vh≤2進行判定。如果反彎點沒有在柱中點，那么柱上部與下部截面彎矩值是不同的，即Mh≠Mt。
所以，上部與下部的剪跨比也不同，即λh=Mh/Vh≠λt=Mt/Vt。這個時候，對短柱進行判斷時，采用哪一個截面剪跨比判斷，是一個重點考慮的問題。經過分析研究，認為取二者中的較大值作為判定短柱的依據，即λ=max（λh，λt），其原因包含以下方面：第一，框架柱可看做一個連續梁，受定值軸壓力，柱高（Hn）類似于連續梁的剪跨，相關試驗研究顯示，連續梁剪跨一定時，在截面下部、上部配置同樣的縱筋，在彎矩較大的區段會出現剪切破壞；第二，在框架柱中，彎矩較大的區段也會發生臨界斜裂縫。實際上，在連續梁剪跨或柱高范圍內，在彎矩較大的區段上會出現最大剪跨比。
隨著剪跨比的增大，鋼筋混凝土構件的抗剪力會降低。因此，在相同條件下，彎矩較小區段的抗剪承載力要比彎矩較大區段的抗剪承載力要大。在荷載作用下，彎矩較大區段上發生剪切破壞的可能性大于彎矩較小區段。所以，將上端和下端截面中剪跨比較大的值作為判斷短柱的剪跨比值，是符合要求的。通常而言，位于高層建筑底部基層中框架柱的反彎點都是位于柱上部的，即Mb>Mt。
這個時候，對短柱進行判定的時候，可按照以下公式進行，式（1）：Hn/h≤2/yn，式中，Hn表示n層柱的凈高。yn表示n層柱的反彎點高度比，按照幾何關系，可知：yn=1/（1+ψ），其中，ψ=Mt/Mb，0≤ψ≤Hn。如果反彎點出現在柱的中點，則有ψ=1，yn=0.5，則式（1）：Hn/h≤4；如果反彎點在柱上端，則ψ=0，yn=1，則式（1）：Hn/h≤2；如果不存在反彎點，則可直接按照最大彎矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2進行判斷。通常而言，計算過程中，可對反彎點高度比yn按照D值法進行確定，然后根據式（1）計算對是否屬于短柱進行初步判斷。
2、提高短柱延性的措施
2.1使用鋼管混凝土柱
在薄壁圓形鋼管內填入混凝土構成的結構即為鋼管混凝土。鋼管對混凝土產生側向約束力，混凝土處于受壓狀態，混凝土的抗壓強度及極限壓應變能力都得到提升，特別是對高強度混凝土延性的改善效果非常明顯。除此以外，結構中鋼管不但發揮了橫向箍筋的作用，也發揮了縱筋的作用，管徑與管壁厚度比值小于90，類似于混凝土配筋率超過4.6%，明顯超出抗震要求中混凝土配筋率要求。
由于此類結構的抗壓強度與抗變形能力非常好，即便是在高軸壓比下，受壓區都不會出現先破壞的現象，與鋼柱相比，也不會出現屈曲失穩情況。所以，為了對截面轉動能力進行控制，對軸壓比限值不需要限定。鋼管混凝土單支柱承載力計算可用公式（2）計算，式（2）：承載力≤Φ1ΦeNθ，式中，θ表示套箍指標，值域[0。3，3]。根據式（2），在套箍指標選擇合適的情況下，使用高強度混凝土可使柱子的承載力大大提高，且柱截面可大大降低，比普通鋼筋混凝土柱至少降低一半，消除了短柱，抗震性能能夠大大提高。
2.2使用鋼骨混凝土柱
將混凝土外包于鋼骨即可構成鋼骨混凝土柱。一半情況下鋼骨的類型包含十字形截面、口字形截面和工字形截面集中，和鋼結構對比，鋼結構構件局部可能出現屈曲，而鋼護混凝土柱由于鋼構件外部包裹有混凝土，不會發生屈曲現象，柱子的整體強度得到了加強，鋼材的強度可以有效的發揮出來。而且與一般鋼結構柱相比，采用鋼骨混凝土結構可降低一半以上的鋼材用量。而與混凝土結構相比，由于鋼骨的存在，使柱子的承載力大大提高，柱的截面積也有效的降低，由于混凝土在鋼骨翼緣及箍筋作用下受到約束，提高了混凝土的延性，柱的延性與耗能能力都得到加強。該結構類型中，對混凝土與鋼材的優勢都得到了最大限度的發揮，具有延性好、截面小、自重輕等優勢，在高層建筑中的應用對抗震性能可有效的改善。
2.3使用分體柱
對于短柱而言，其抗彎承載力與抗剪承載力要大很多，所以在地震作用下，抗剪承載力如果受到破壞后，抗彎強度再大也都無法發揮出來。所以，可將短柱的抗彎強度人為性的降低，使其略低于抗剪強度即可，在地震條件下，柱子抗彎強度受到發揮出現，呈現延性破壞作用。為了使抗彎強度降低，在柱中可沿豎向設置縫隙，將短柱一分為二或四部分，構成分體柱，各分體柱均單獨配筋，在分體柱之間設置連接縫，使各分體柱的初期剛度增加。相關研究顯示，分體柱與整體柱相比，抗剪能力基本一致，抗彎承載力降低，這就使柱子的變形能力與延性都得到了提升，由原來的抗剪型破壞形態轉變為彎曲型破壞形態，也將短柱消除，變為分體長柱，對剪跨比λ≤2時的抗震性能有效的進行了改善。
3、結語
對短柱進行判斷時，采用剪跨比λ≤2作為判斷依據，要將短柱的截面尺寸盡可能的減小，使短柱的承載能力盡可能的提高，對短柱的延性采用各種方法進行提升，有效的提高短柱的抗震性能。在實踐中，鋼管混凝土、鋼骨混凝土等結構類型，對短柱的承載能力提升效果非常顯著，而分體柱在改善短柱抗震性能方面效果非常好。在高層建筑中的應用，也有效的減少了建筑底部幾層結構中短柱及超短柱的出現，避免了因短柱脆性破壞造成的建筑抗震性能下降的問題出現。
參考文獻：
[1]康洪濤，王興洋.高層建筑抗震設計短柱問題的處理方案[J].科技信息，2013（12）：412.
[2]謝國.試論高層建筑框架結構的延性設計[J].河南科技，2013（13）：166+170.
【拓展內容】
建筑結構實習報告
我的建筑結構實習大致分為兩部分：一是參觀各種已投入使用的建筑，以此了解各種結構的分類和其不同的特點，二是參觀建筑建設工地，了解如何將設計圖通過施工做成實體的建筑。通過參觀學習使我們對建筑施結構和施工有了初步的認識，這對我們將來的學習和實踐起了提示了向導的作用。現在我將為實習的兩個部分分別做總結。
一、參觀認識各種建筑的結構
建工實驗室是一座外表比較老式的工業廠房建筑，采用的是排架結構，通過老師的講解我們知道，建筑的結構可用不同的分類標準進行分類，例如按照材料可分為：混泥土結構，砌體結構，鋼結構，木結構，竹結構等，按照受力的不同又可分為：排架，框架，網架，拱，桁架等結構。實驗室所采用的排架結構有施工方便的優點，一般用預制的構件，多用于建設一層的廠房。
實驗室的頂部采用了預制鋼筋混凝土行架梁和混凝土板，這種構造既笨重又限制了梁的跨度，現在已經被廣泛使用的鋼桁架和鋼板所取代，我們可以看到，為了減輕混凝土預制結構的自重，實驗室內的梁都在中部做成了工字型，挖去了多余的混泥土，減輕了自重。
其兩側柱子是典型的工業廠房的柱式，上部有牛腿，用于安裝吊車的軌道，同樣，在中部做成工字型，并且為了增加穩定性，在兩柱之間間隔設立了柱間支撐；另外在吊車軌的側面，還增加了其與立柱的橫向連接，因為在吊車的使用過程中，吊車的水平移動會產生水平荷載。
實驗室的寬面也各設計了兩根抗風柱，這些抗風柱和每隔一段距離設的梁使墻能有足夠的剛度以抵抗強風的荷載。
然后是建筑節能實驗室，這是一棟框架結構的磚混建筑。
框架結構是由基礎、柱、梁、板組成的單層、多層建筑以及框架和剪力墻或框架與筒體組合的高層建筑，它們之間的連接是固接或稱剛接，和建工實驗室的排架結構不同，框架結構建筑的最優樓層在15—16層左右，而且框架結構在施工在多為現澆施工，而不是預制吊裝。另外查找資料我知道：框架結構由梁柱構成，構件截面較小，因此框架結構的承載力和剛度都較低，它的受力特點類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力，這時，現澆樓面也作為梁共同工作的，裝配整體式樓面的作用則不考慮，框架結構的墻體是填充墻，起圍護和分隔作用，框架結構的特點是能為建筑提供靈活的使用空間，但抗震性能差。
房屋的框架按跨數分有單跨、多跨；按層數分有單層、多層；按立面構成分有對稱、不對稱；按所用材料分有鋼框架、鋼筋混凝土框架、預應力混凝土框架、膠合木結構框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。
建筑節能實驗室的樓板是預制的鋼筋混泥土板，這是一種單向板，通過老師講解，我們了解到，各種板材可以根據其長寬比分為單向板和兩向板，而長寬比的值在彈性理論和塑性理論是不同的，彈性理論為，塑性理論為，單向板在使用上只能在一個方向加以支撐，兩向板則相反。
接下來我們參觀汽車實驗室，這是一棟鋼結構的建筑。鋼材的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業化程度高，可進行機械化程度高的專業化生產；加工精度高、效率高、密閉性好。其缺點是耐火性和耐腐性較差。
在設計鋼結構時，特別要考慮材料的失穩問題，因此在汽車實驗室內的鋼材上我們看到，每隔一段小距離，工型鋼的腹板上就會加一道肋，以此解決穩定性問題。鋼結構的施工一般是工廠預制各種構件，然后在施工現場拼裝，拼裝的連接方式有焊接，螺栓和鉚接三種，其中焊接容易銹蝕，螺栓連接是強度上最高的，所以在對剪力荷載有較高要求的連接處，都使用了螺栓來加強，例如橫梁和立柱的連接處。
最后我們參觀了體育館，了解桁架結構的特點，桁架是由許多桿件兩端用銷釘聯結起來而組成的幾何形狀不變的結構。桁架中所有的桿件都在同一平面內的稱為平面桁架，否則稱為空間桁架。由于桁架結構使用材料比較經濟，桁架本身重量輕，而且桁架的每根桿件只受拉伸或者壓縮，所以能充分發揮材料的作用。像體育館這種大型建筑，采用桁架結構可以節省花費并滿足荷載要求。
二、參觀建筑建設工地
我們參觀了學校在建的十四層科技樓。當我們到達集合地點時，我看到同學們頭上都戴著工程帽；同時工地的生活區與施工區的門上也寫著：不戴安全帽者不得進如施工現場；當然在科技樓結構主體外面的防護網上也寫著標語：安全責任，重于泰山；由此可見在建筑施工當中首先要注意的問題就是安全問題。過去由于生產企業不重視民工安全造成了很多工傷和死亡事故，這些事故給工人和企業帶來了很大的損害！同時，為了確保施工能順利進行和施工的安全，工地是要用磚墻圍護起來的，只有建筑施工的各種車輛和內部人員才可以出入，我們實習也要經過他們的同意呢！
進到施工區，我們一眼就看到了科技樓的結構主體，當時結構主體給我的感覺就是不像建筑和不好看。這個可能是因為它和我所看到的過的已經建好并投入使用的樓不同。主體前面有個很大的場地，這個場地是堆放建筑材料用的，可以看到所堆放的建材主要是鋼筋，沒有水泥、砂、石之類的建材，這是因為現在已經都采用了成品混凝土來澆筑結構了。這樣可以保證混凝土的質量，減少施工浪費和降低生產成本。在鋼筋堆放區我們可以看到不同型號的鋼筋是分開放的，而且還在其前面標明鋼筋的型號和進場時間等信息。
我們跟著現場管理員上了樓，我們踏上用鋼管和鐵網搭接成的梯子，開始覺得很危險，四周都有伸出來的鋼管或鐵條。二三樓的模板和支架已經拆了，我們可以清楚地看到支撐上部重量的柱子很大，大到使我們都覺得層高變小了。在承重柱的四周有很多構造柱，它們是用來加大墻的強度的，以避免因墻身過長導致容易坍塌。一路上去，我們看到上面幾層樓板的支架還沒有拆，這些支架是用鋼管和模板組成的，鋼管很密，可見要承受完全沒有強度的混凝土板和梁需要很大的支撐力。
上到第十層，我們看到工人們還在綁扎鋼筋，柱和梁的鋼筋已經綁扎好并放到了模板預留的槽里。我觀察了其中的幾條梁和柱，就像老師說的：梁的下部是首力筋，主梁有九條，次梁有六條；上不是架立筋，主梁和次梁也不同；受力筋和架力筋之間用箍筋綁扎。而柱子就不一樣了，三四條梁要交匯于柱，就必然要使梁的鋼筋穿過柱子，這樣使得柱頭的鋼筋十分密集，同時澆筑混凝土時也要注意密實。板的配筋一般有受力筋和架力筋，受力筋在下方，分縱橫兩路；架力筋在上方，也是縱橫兩路放著。擺好的鋼筋就要用鐵絲綁扎好，為了保證面筋不被踩低下去，還要用馬蹄筋將其抬高。在看板筋時我們發現連同鋼筋一起鋪設的還有電線管，這是電專業和結構專業合作的一個體現。
我們的現場參觀時間很有限，只看到了工人在布置板筋，沒有看到他們澆筑柱梁板，砌筑磚墻以及其它的施工情景，所以認識也是很片面的，這個只能作為我們對施工的感性認識吧！
小結：
在實習中我們的確接觸了不少實際應用的東西，但離實際水平較高的生產方式和比較先進的技術還有很大的差距。我發現我們看到的生產工藝都是不算先進的，就像我們看錄像的支模方式在科技樓還沒有用上，而人家在八十年代初就已經開始使用了，這可能是因為施工單位的物資匹備不足，但先進的生產工藝確實可以提高施工進度和生產質量。
從建筑發展的趨勢來看，鋼結構越來越受到人們的重視和肯定，研究鋼結構的受力和增強鋼結構的耐火性是一個亟待深入的課題。
當然我們還是要立足于鋼筋混凝土結構的學習，通過學習和實踐使我們對建筑的構造有更深入的了解，并且不能忽視某些可能發生的隱患，以確保我們建造的高樓真正地能應付各種緊急情況。
建筑結構實訓心得體會
實習目的：
通過這個星期的實習，讓我們認識課程中所提到的一些結構及構件。弄懂一定的實際知識，并認識到實際工程中所遇到的一些問題及解決的方法。讓我們將課本上生硬的知識實際化，為以后的設計課程奠定一定的基礎。
實習內容：
在參觀公共建筑時，了解了它的房屋內部，公共建筑的停車場中所涉及到的一些構件上的問題，由于此建筑并不需要很大的開敞空間，所以采用的是剪力墻結構，地下一層的柱子布置地較為粗大但并不密集所以給人的空間感覺并不擁擠，隨同的設計人員向我們講解了底層的管道布置和分類，并講解了消防管道及生活用水管道等管道如何設置。說明了伸縮縫、施工縫、沉降縫的形成和處理方法。
比如說混泥土的裂縫原因：裂縫的原因混凝土中產生裂縫有多種原因，主要是溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和不均勻性，以及結構不合理，原材料不合格，模板變形，基礎不均勻沉降等。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。
當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化。如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。通過講解詳解了我們的一些疑問。同時老師也向我們指出了此建筑外部設計不合理的地方如：設備平臺過窄，陽臺錯落的設計容易造成污水下滲等，提醒我們以后做設計注意的地方。
進入房屋內部參觀了內部房屋的功能分區，隨同人員，并告訴了我們在建筑設計時的誤區及易錯點，讓我們知道以后建筑設計時要注意對衛生間電梯間及樓梯的處理。在那里，首先我們現場觀看施工工人對于地基的開挖過程，知道影響地基的深度的原因，及我們貴州地區打地基時所要涉及和注意的一些問題。然后參觀了那里的二期工程，該工程采用的是框架———剪力結構，它是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗側力性能。這種結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，構成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同樣又有足夠的剪力墻，有相當大的剛度，框剪結構的受力特點，是由框架和剪力墻結構兩種不同的抗側力結構組成的新的受力形式，所以它的框架不同于純框架結構中的框架，剪力墻在框剪結構中也不同于剪力墻結構中的剪力墻。在此工程中我們詳細的了解了梁和柱的構造方法和建造框架結構中所要注意的問題。
施工人員向我們講解了梁、柱不同的構造方法、鋼筋的綁扎和斷筋的連接等，比如說，鋼筋的綁扎，底層基礎鋼筋的綁扎首先要放樣，每一跨度里鋼筋的接頭數只有25%，即4根鋼筋里只有一個接頭，另外，接頭要盡量放在受壓區內。
在砌墻的過程中，如遇到墻要轉角或相交的時候，兩墻要一起砌起來，在留槎的過程中，可以留斜槎，如果要留直槎，則必須留陽槎，且要有拉結筋，不能留陰槎。這些知識往往是我在學校很少接觸，很少注意到的，但又是很重要、很基礎的知識。讓我們受益匪淺。在外面實習了個過月的實間，這些日子里通過親身經歷，使在學校所學的理論知識得到了很好的實踐。而且對于實際的設計工作也提供了很大的幫助，為畢業設計提供了現實資料。從而避免了在設計過程中出現設計與實際施工相脫節的現象
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