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【摘 要】在当前的建筑结构设计中，随着结构规模的逐步扩大，需要在施工设计的过程中对抗震设计进行综合分析。目前影响建筑抗震能力的主要因素是当前的超短柱几乎没有任何的延性，因此在应用的过程中容易造成对建筑结构的损害和影响，尤其是在受到震动影响的情况下，很容易发生剪切结构因受破坏而倒塌的现象。本文就高层框架结构短柱的抗震设计和分析的处理方式进行综合的分析，提出其相应的处理方式和处理模式。为提高短柱的延性和抗震性能的提高奠定基础。
【关键词】高层建筑；框架结构；抗震设计；短柱
1、高层建筑抗震设计常见的问题
当前的建筑领域中，高层框架结构越来越多的被应用在城市现代化建设中，其结构形式和施工技术也在不断的完善成熟。而在高层建筑的防震设计中，越来越注重加强对结构中的短柱的抗震设计，这是因为短柱结构对于整体建筑结构的稳定性来讲具有关键的作用。但在目前的抗震设计技术中，短柱的防震设计技术仍然存在诸多的问题，主要表现在以下几方面：
1.1缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。主要的缺陷是存在于岩土工程勘察资料和扩展初期的主要施工管理方式和管理控制方法。有的在扩初设计阶段还缺少建筑场地岩土工程的勘察资料，有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计，更有甚者是直接在当前的基础上进行规划设计，对岩土工程的勘察和勘测问题忽视，使建筑工程设计缺少了必要的依据和影响结果的因素。
1.2结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大，统一结构的单元内进行管理和控制是当前建筑结构应用的主要重点形式。同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等。
1.3一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。如一半采用砌体承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重；底框砖房中一半为底框，而另一半为砖墙落地承重。这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，其底层为商店，设计成一半为底框砖房（有的为二层底框），而另一半为砖墙落地自承，造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变，对抗震十分不利。
1.4底框砖房超高超层。据相关统计显示，在对近几十年来的建筑进行调查时，有13%的建筑存在底框砖房超高超层的现象，即使是在现如今正在建设的建筑项目中，底框砖房超高超层的现象仍然非常普遍。这样违反建筑规则的建筑结构，其抗震能力是非常差的，一旦发生地震现象，就会造成极大的损失。
1.5抗震构造柱布置不当。如外墙转角处，大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置；以构造柱代替砖墙承重；山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱；过多设置抗震构造柱等。
1.6框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。砌体外围护墙砌筑在框架柱外没有设置抗震构造柱，框架间砌体填充墙高度长度超过规范规定要求又没有采取相应构造措施。
1.7结构其他问题。有的底层无横向落地抗震墙，全部为框支或落地墙间距超长；有的仅北侧纵墙落地，南侧全为柱子，造成南北刚度不均；有的底层作汽车库，设计时横墙都落地，但纵墙不落地，变成了纵向框支；还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计，其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重，实际上将砖混结构演变为内框架结构，这比底框砖房还不利，因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严，因此存在着严重抗震隐患。更为值得关注的是这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。
1.8平面布局的刚度不均。抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。
以上这些高层框架结构防震设计中存在的诸多问题，是当前建筑设计中需要加强关注力度的问题。如果不能对现有的防震设计所存在的问题进行有效处理解决，一旦发生地震现象，这些具有巨大安全隐患的建筑势必会引起难以估量的损失。同时，也需要加强技术设计人员对防震重要性的认识，规范建筑设计方案，从根本上杜绝这些问题的发生。
2、短柱的正确判定
在层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大，且轴压比越小截面越大；而截面增大导致剪跨比减小，又降低了构件的延性。因此，在高层特别是超高层建筑结构设计中，为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。
3、改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
3.1使用复合螺旋箍筋。高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
3.2采用分体柱。由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震中柱子将首先达到抗弯强度，从而体现出分体柱延性的作用。
3.3采用钢管砼柱。钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4.6%以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。
4、结语
随着当前建筑工程结构的复杂性逐步增大，对于建筑的抗震设计的要求也在不断提高，对建筑结构构件提出明确的延性要求，而轴压比和剪跨比是影响构件延性的主要因素，是高层框架结构施工和设计中需要考虑的重点内容。高层框架结构在当前建筑工程中是主要的应用模式和结构方式，做好高层建筑短柱抗震设计，保证其施工质量要求在当前设计应用中非常重要的，也是为当前建筑结构质量的提高打下坚实基础。
【关键词】高层建筑；框架结构；抗震设计；短柱
1、高层建筑抗震设计常见的问题
当前的建筑领域中，高层框架结构越来越多的被应用在城市现代化建设中，其结构形式和施工技术也在不断的完善成熟。而在高层建筑的防震设计中，越来越注重加强对结构中的短柱的抗震设计，这是因为短柱结构对于整体建筑结构的稳定性来讲具有关键的作用。但在目前的抗震设计技术中，短柱的防震设计技术仍然存在诸多的问题，主要表现在以下几方面：
1.1缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。主要的缺陷是存在于岩土工程勘察资料和扩展初期的主要施工管理方式和管理控制方法。有的在扩初设计阶段还缺少建筑场地岩土工程的勘察资料，有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计，更有甚者是直接在当前的基础上进行规划设计，对岩土工程的勘察和勘测问题忽视，使建筑工程设计缺少了必要的依据和影响结果的因素。
1.2结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大，统一结构的单元内进行管理和控制是当前建筑结构应用的主要重点形式。同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等。
1.3一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。如一半采用砌体承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重；底框砖房中一半为底框，而另一半为砖墙落地承重。这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，其底层为商店，设计成一半为底框砖房（有的为二层底框），而另一半为砖墙落地自承，造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变，对抗震十分不利。
1.4底框砖房超高超层。据相关统计显示，在对近几十年来的建筑进行调查时，有13%的建筑存在底框砖房超高超层的现象，即使是在现如今正在建设的建筑项目中，底框砖房超高超层的现象仍然非常普遍。这样违反建筑规则的建筑结构，其抗震能力是非常差的，一旦发生地震现象，就会造成极大的损失。
1.5抗震构造柱布置不当。如外墙转角处，大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置；以构造柱代替砖墙承重；山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱；过多设置抗震构造柱等。
1.6框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。砌体外围护墙砌筑在框架柱外没有设置抗震构造柱，框架间砌体填充墙高度长度超过规范规定要求又没有采取相应构造措施。
1.7结构其他问题。有的底层无横向落地抗震墙，全部为框支或落地墙间距超长；有的仅北侧纵墙落地，南侧全为柱子，造成南北刚度不均；有的底层作汽车库，设计时横墙都落地，但纵墙不落地，变成了纵向框支；还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计，其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重，实际上将砖混结构演变为内框架结构，这比底框砖房还不利，因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严，因此存在着严重抗震隐患。更为值得关注的是这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。
1.8平面布局的刚度不均。抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。
以上这些高层框架结构防震设计中存在的诸多问题，是当前建筑设计中需要加强关注力度的问题。如果不能对现有的防震设计所存在的问题进行有效处理解决，一旦发生地震现象，这些具有巨大安全隐患的建筑势必会引起难以估量的损失。同时，也需要加强技术设计人员对防震重要性的认识，规范建筑设计方案，从根本上杜绝这些问题的发生。
2、短柱的正确判定
在层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大，且轴压比越小截面越大；而截面增大导致剪跨比减小，又降低了构件的延性。因此，在高层特别是超高层建筑结构设计中，为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。
3、改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截面尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
3.1使用复合螺旋箍筋。高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
3.2采用分体柱。由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震中柱子将首先达到抗弯强度，从而体现出分体柱延性的作用。
3.3采用钢管砼柱。钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，这相当于配筋率至少都在4.6%以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。
4、结语
随着当前建筑工程结构的复杂性逐步增大，对于建筑的抗震设计的要求也在不断提高，对建筑结构构件提出明确的延性要求，而轴压比和剪跨比是影响构件延性的主要因素，是高层框架结构施工和设计中需要考虑的重点内容。高层框架结构在当前建筑工程中是主要的应用模式和结构方式，做好高层建筑短柱抗震设计，保证其施工质量要求在当前设计应用中非常重要的，也是为当前建筑结构质量的提高打下坚实基础。