江苏省子午建筑设计有限公司
摘要：随着社会不断发展，国内高层建筑设计相比之前也有了较大提升，在此基础上衍生了诸多建筑设计内容，抗震设计就是其中之一。因为建筑抗震设计中强调内部构件对建筑物整体的影响，轴压比和剪跨比是高层建筑物内部构件延性的决定性因素。所以，关注高层建筑设计中短柱问题的处理，能够有效保证建筑物具备良好的抗震性能。
关键词：高层建筑；抗震设计；短柱问题：处理方法
引言：高层建筑设计往往将压轴比和剪跨比作为衡量建筑物稳定性的主导力量，在楼层数确定的情况下，为了保证延性提高，部分建筑设计师将轴压比降低，这样一来会造成短柱横截面增大的问题，若是扩大短柱横截面，则会导致压轴比变大，延性也会相应下降。为了满足轴压比的要求，往往会底端形成短柱。但短柱延性相对较差，因此为了增强短柱延性，在一定程度上保证高层建筑的稳定性，需要对抗震设计中的短柱问题进行优化处理。
1.正确判断短柱的依据
依据已有的规范文件，可以得知柱体满足净高H与截面高度h的比值小于等于4称为短柱。工程技术人员常常依据这个定理来判断短柱，但是，这种判定方法是不严谨，有待进一步论证。在柱体是否是短柱的判定中，最根本的判定依据是剪跨比，当柱体满足=M/Vh≤2时，可以判定其为短柱，但是净高度与截面高度的比值小于等于4的柱体其剪跨比不一定小于2。所以，在使用H/h判定短柱时，得考虑以下几个前提：①框架柱体满足=M/Vh≤2；②在高层建筑中，其线、柱刚度比较小。可以做简单推导，通常情况下反弯点都在框架柱中部，于是取值M=0.5VH，得出H/h≤4。在建筑底部部分，由于受梁体对柱体底部的约束弯矩较小，反弯点的高度会增加，有些甚至不出现反弯点。因此，用H/h≤4来判定短柱具有一定的局限性。
建筑主体框架柱的反弯点不在柱体中点时，柱体两端的弯矩值就不对等，即MtMb。也就是柱体上、下两端的剪跨比也不相等。这就产生一个问题，该取何处的截面的剪跨比来作为短柱判定的判定依据呢？建筑框架柱受力类似于受定值轴压力的连续简单梁体，柱高Hn类似于连续梁的剪跨度a，在a不变的连续梁体上面，假如梁截面的强度条件一致时，剪切破坏常常发生在弯矩最大的区域。可以讨论剪跨比=max，选取一个最值来作为判定依据。实际上，框架柱上也会常常在弯矩较大的区域发生斜裂缝。在实际情况当中，在框架柱中柱高Hn上或连续梁的剪跨a范围内，最大的剪跨比常常出现在弯矩值较大的区域，常常选择作为判定依据。在建筑柱体当中，钢筋混泥土或建筑构件的抗剪切能力随剪跨比的增加而降低，剪切力越高，建筑柱体承受能力就越弱。于是，可以得出这样一个结论，即在弯矩力较大的地方其抗剪切性能较差，在外部再载荷的作用下，容易发生形变产生破坏。总之，在判断短柱时，只需将短柱的剪跨比和可能发生破坏截面的剪跨比作比较即可，常常以二者相等作为分界点。
正如上面提到，在建筑底层框架柱上，框架柱体的反弯点普遍偏高，可以描述为Mb>Mt。观察下面这个式子，Hn/h≤2/yn。yn是第n层柱的反弯点高度比，另外又可以由几何关系的到yn=1/（1+），Mt/Mb，。这个式子具有普遍性，反弯点在框架柱中间时，即=1，yn=0.5，这个式子可以转化为Hn/h≤4。当反弯点在上截面时即=0，yn=1，式子可以转化为Hn/h≤2。由此还可知，当柱体上没有出现反弯点，就用剪跨比=M/Vh≤2来判定短柱。
综上所述，判定柱体是否属于短柱时，可以先确定建筑框架柱的反弯点高度yn，再使用Hn/h≤2/yn判断。在实际施工当中，还可以借助计算机模拟结果作为判断依据。
2.改善短柱抗震性能的具体方法
当按照剪跨比判断柱体是否属于短柱时，如果柱子不是短柱，那么就可以根据建筑抗震建设的基本要求来构建框架，但当确定柱体是短柱之后，就需要采取相关措施来提升短柱的承载力，而这些措施具体表现为减小柱体的横截面积，使用多样化的方法来提升柱体的延性，进而从根本上增强短柱的抗震性能，保证建筑物具备足够的防震效果。而改善短柱抗震效果的具体措施主要分为三个方面：
2.1.使用分体柱增加强度
事实上，短柱的抗弯性能要优于抗剪性能，当地震发生的时候，短柱通常是在强烈震动下被剪断的，这也就从侧面表明，要想将短柱的强度提升，增强其抗剪性能非常重要。而就现阶段来说，还没有成功研究出能够增强柱体抗剪性的产品，因此，工作人员可以反其道而行之，可以削弱短柱的抗弯性能，保证短柱的抗弯性和抗剪性长期保持在水平相当的状态。在这种情况下，当突发情况来临之际，猛烈的震动会首先对抗弯强度造成影响，削弱抗弯度的短柱在受到地震影响的情况下，会呈现出缓慢破坏的状态。人为削减短柱抗弯性的途径主要有两个步骤，首先沿着竖向切缝将短柱分为2~3个柱节合成的分柱体，在不同柱节分开配置钢筋。然后在组成分体柱的不同柱体增加链接，以此来增加分体柱前期的韧性和增强其耐磨程度，从而更好的延长其寿命。分体柱的工作原理就是平衡柱体的抗弯性和抗剪性，虽然在这种情况下短柱的抗剪承载力不会发生变化，短柱的破坏形态也和之前有所不同，由剪切型变成了弯曲型，这样一来，短柱破坏就不会是短暂而急促的，而是将破坏程度降低，损毁时间延长，运用在高层建筑中，不但可以延长建筑的使用寿命，也能保证在地震来临之时有足够多的时间疏散人群，减少人员伤亡。
2.2.使用复合式螺旋钢筋
总的来说，高层建筑内短柱的抗剪性能要满足“强剪弱弯”性质和特定压比限值的，柱端的承载能力要永远高于梁的承载能力，这样才能保证高层建筑的稳定性，地震来临之期也能有够缓冲的时间。另外，短柱内部的剪切型破坏是导致短柱损毁的决定性因素，在抗剪性不能在短时间内得到提高的情况下，要想使得高层建筑获得比较好的防震性能，就要保证其抗剪承载力，改善对砼的约束作用，从而为达到改善短柱抗震性能的目的打下基础。因此，在施工过程中使用复合式螺旋钢筋很有必要，不仅可以显著提高短柱的承载力，还能从根本上保证柱体的稳定性。
2.3.使用钢骨材质的砼柱
通常情况下，钢骨砼柱是由外包砼和钢骨两部分组成，外包砼主要起到的作用是防止内部钢筋出现破坏和断层现象，提高钢骨的整体韧性和耐磨程度。钢骨是钢板拼接或直接扎制形成的不同形状截面。钢骨加外包砼的设计促使钢骨扭转的曲伸性能有效提升，从而让钢材强度得到最大程度的发挥。而这种外包砼的结构也尽可能的节约了相关成本，也增加了钢骨的耐磨度和持久性，和传统的钢筋结构相比，钢骨砼结构由于配置了钢骨，使柱子具有了更好的承载力。因为钢骨砼柱兼具钢骨和砼柱的优点，具有横截面积小，以免在建筑底部出现短柱尤其是超短柱，进而对改善内部结构抗震产生积极影响。
结束语：总之，当确定高层建筑物底层的柱体是短柱时，为了能够在地震来临时有效避免柱体的损坏，应当采取不同方法来增强短柱延性，通过改变柱体的截面尺寸，使用复合螺旋钢筋，并在此基础上强化分体柱的作用，为提升柱体的综合抗震能力埋下伏笔。因此，在开展高层建筑建设活动时，应该依据工程的实际情况，尽量采取全新的技术和材质，减少短柱破坏对建筑物造成的不良影响。
参考文献
[1]肖常安.高层建筑抗震设计中短柱问题的处理[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2000，29（1），68：70.