高层建筑结构承重柱设计的相关问题分析及对策

【前言】高层建筑结构承重柱设计的相关问题分析及对策由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.1箍筋约束混凝土柱。其受力机理是利用复合钢箍或螺旋钢箍约束核心混凝土受压时的横向应变，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土强度，增加延性。这种类型柱在设计使用时，柱截面需做成圆形，适用性和灵活性差；采用焊接钢箍时，焊接麻烦，用钢量大，同时...

摘要：承重柱是建筑工程中，尤其是高层建筑工程中最重要的主体结构，是支撑整个建筑荷载和建筑稳定的关键结构，可以说其施工质量的好坏直接影响着高层建筑工程的安全稳定，为此，必须要加强高层建筑工程中对承重柱的施工管理，控制其施工质量。而首先就需要从对承重柱的设计开始严格把关，以确保承重柱能够满足其在高层建筑结构中的承重需求。现本文就从分析不同结构种类下承重柱的受力状况和工作机理入手，从轴压比值、短柱抗震性等几方面来探讨一些关于高层建筑承重柱设计中的问题及其对策。

关键词：高层建筑 结构承重柱 轴压比值 抗震性能

为了满足城市现代化建设的需求，越来越多的高层大型建筑被广泛应用在城市建筑工程施工设计中。而由于建筑功能的需要，对建筑结构的设计要求也越来越多，对高层建筑底层的开间要求较大，为了满足建筑功能需求，且确保高层建筑结构的稳定，提高底层的负荷能力，就经常或采用承重柱的主体结构设计方式来提高底层建筑结构的承重能力，保证建筑上层的稳定与安全。在高层建筑结构承重柱的设计中，需要考虑到多方面因素的影响，综合分析建筑工程的主体结构受力状况进行设计，通常来讲，需要着重注意从轴压比、短柱抗震性等几方面来考虑影响承重柱质量的因素。

1、高层建筑结构承重柱的种类

由于不同的高层建筑的功能需求存在很大差异，也就使得高层建筑的基础工程以及底层结构受力分布存在很大差异。为此，在采用承重柱进行结构主体设计时，必须按照工程的实际状况合理分析，确定选用何种承重柱才能最大化的满足承重柱的经济性、合理性、安全性与可靠性。一般来讲，目前较为常用的高层建筑结构的承重柱种类主要有以下六种，其各自不同的工作机理和受力特点分别如下所示：

1.1箍筋约束混凝土柱。其受力机理是利用复合钢箍或螺旋钢箍约束核心混凝土受压时的横向应变，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土强度，增加延性。这种类型柱在设计使用时，柱截面需做成圆形，适用性和灵活性差；采用焊接钢箍时，焊接麻烦，用钢量大，同时，钢箍约束核心混凝土横向应变有限，柱承载力提高和延性能的改进也是有限的。

1.2钢纤维混凝土柱。钢纤维混凝土是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短纤维组合而成的复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的扩展，使其各项物理力学性能都比普通混凝土有明显的提高和改善。

1.3钢管混凝土柱。钢管混凝土是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的一种组合结构材料，它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约，使其具备了优异的工作性能：承载力高、塑性和韧性好、经济效果好。

1.4钢骨混凝土柱。该类型柱是指在钢筋混凝土柱中配置钢骨，同时配有构造钢筋及少量受力钢筋。钢骨混凝土柱不受最大配筋率限制，混凝土中配置较多的钢材，能有效地减少柱截面尺寸，满足建筑功能要求。同时，钢骨可以承担施工荷载，可作为施工荷载的承力系统。

1.5分体柱。该类型柱是将钢筋混凝土短柱采用隔板将一个整截面柱分成2个或4个等截面小柱。各小柱独立配筋，梁柱节点仍为一个整体。试验研究表明，对钢筋混凝土短柱采用分体柱的方法可以实现变“短柱”为“长柱”的设想，框架柱破坏形态由剪切型转变为弯曲型，延性明显提高，但柱承载力略有下降，因此柱截面尺寸不仅没有减小，反而略有增大。

1.6高强混凝土柱。高强混凝土是指混凝土强度等级为C50-C80的混凝土。由于其抗压强度高，使钢筋混凝土柱的承载力大幅度增加，在相同的荷载下可减小构件的截面尺寸，增大使用空间，避免短柱出现。应用较高强度等级混凝土时，需考虑施工条件的可行性。

2、高层建筑结构承重柱的轴压比限值

2.1柱中轴压比是影响延性的主要因素之一，而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。确定一个合适的轴压比限值，以使混凝土柱的抗震延性得到满足，十分重要。同时轴压比是影响承重柱的破坏形态和变形能力的重要因素。为了保证钢筋混凝土柱具有足够的延性，对柱的轴压比限值做出了规定，希望框架发生大偏心受压破坏，保证框架柱在地震作用下发生大变形时具有较好的延性，从而保证框架结构有足够的变形能力。实现框架大震不倒的抗震设计目标。

2.2在设计承重柱的施工方案时，对于轴压比值的确定还需要考虑到所采用的混凝土的强度等级这方面因素的影响，通常来讲，不同混凝土强度等级对于其构件的延性影响较大，等级越高的混凝土，其刚度就越大，自然构件的延性就越差，在受到外力作用时越容易遭到脆性破坏。为此，在选择承重柱的混凝土材料时，不可一味盲目追求刚度大，强度高以提高承重柱的受力能力，而应该充分考虑到建筑的抗震性能，在保证承重柱的刚度达到技术要求的范围时，就需要考虑到承重柱的轴压比是否会影响到延性的需求。但在采用强度等级较高的混凝土时，若能通过调节其配筋构造措施，满足承重柱的延性需求，则可以保持原有的轴压比值不变。

2.3不同种类的承重柱，其性能也有所不同，对于轴压比值的确定范围也略有差异，其轴压比值的确定分别如下所示：

钢纤维混凝土柱的性能。与普通混凝土类似，存在大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种破坏形态。当钢纤维掺入量在1%-2%范围内，钢纤维混凝土抗压强度提高幅度较小。参照钢筋混凝土框架柱轴压比限值理论分析，钢纤维混凝土柱轴压比限值可略有提高。

钢管混凝土柱的性能。基于钢管混凝土压弯构件的水平力和位移恢复力特性的理论分析结果，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，可采取限制长细比的办法，不必限定轴压比。

钢骨混凝土柱的性能，相关研究根据钢骨混凝土柱正截面承载力和低周期反复水平力作用下的静力试验结果，从钢骨混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导出轴压比的理论计算公式，经简化后提出了实用计算公式。计算表明，钢骨混凝土柱的轴压比限值一般比钢筋混凝土柱的轴压比限值高25%-50%。

分体柱的性能。由于 “短柱”变为“长柱”，实现了框架柱的破坏形态的转变，因此，其轴压比不应受到限制。

3、改善短柱抗震性能的对策

改进配筋构造型式，加强核心混凝土有效约束，如配置螺旋箍筋、复式箍筋、斜向交叉配筋等；提高构件承载力，减小轴压比，如钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱和高强混凝土柱等；改进材料性能，提高混凝土变形能力，如钢纤维混凝土柱等；采用分体柱，变短柱为长柱。承重柱选型时，应视柱轴力大小，根据施工技术和经济指标综合确定。选用箍筋约束混凝土柱、钢纤维混凝土柱和分体柱能有效地改善承重柱的抗震性能。

4、结语

本文通过分析高层建筑结构承重柱的设计中需要注意的几点问题，探讨了在不同施工条件和建筑需求的情况下，应当选择哪种承重柱作为维持建筑主体承受荷载的主体，并就不同种类下的承重柱的轴压比值的确定做出了分析，指出短柱抗震的解决对策，阐述了承重柱在高层建筑结构设计中的优越性，随着建筑业的不断发展，相信承重柱会以其优良的特性得到更为广泛的应用。