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【摘 要】当前，我国的经济发展水平有了十分显著的提升，很多城市在建设的过程中都出现了不少高层建筑，同时在数量和规模上都有走高的趋势，虽然计算机帮助设计人员完成了很多测算方面的工作，但是还有一部分计算工作是需要设计人员按照软件计算的结果来确定建筑结构具体受力状态的，之后我们才能采取更加积极有效的措施对其加以处理。本文主要分析了建筑结构设计中提高短柱延性，以供参考和借鉴。
【关键词】结构设计；短柱延性；改善措施
当前，我国的建筑行业在不断的发展，同时，在这一过程中人们对建筑结构的设计工作也十分的关注和重视，短柱的延性会对建筑结构设计的质量产生非常重大的影响，所以，在建筑结构设计工作中，我们必须要采取有效的措施不断的提高短柱结构的延性，只有这样，才能保证建筑结构整体的设计质量。
1、短柱的判定方法
根据相关的要求规定，柱的净高H与截面的高度h之比应该在4之内，也就是说H/h≤4，我们将这种柱体结构叫做短柱，在工程建设中，工程技术人员在短柱的判断和辨别中通常都采用这种方法。而实际上按照结构力学以及材料力学的相关理论内容，短柱的确定主要是按照柱的剪跨比λ，而λ=M/Vh≤2才算得上是短柱，净高和截面高度的比值在4以内的时候，其剪跨比并不一定在2以内，在这样的情况下就不一定是短柱结构，设计人员在判定的过程中非常重要的一个依据就是λ=M/Vh≤2，其次，因为框架柱反弯点一般距离柱的中点位置非常的接近，如果我们在计算的过程中取M=0.5VH那么，λ=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2也就推导出H/h≤4的结论。但是，在高层建筑结构当中，梁、柱线的刚度并不是非常大，底部几层的刚度尤其如此，在这一过程中受到柱底部镶嵌的影响，同时梁对柱的约束弯矩也处在相对比较小的状态当中，反弯点的高度会高于柱高的二分之一，还有可能根本就不出现反弯点，在这样的情况下就不能用H/h≤4来判断柱结构是否为短柱，而是应该根据短柱在力学上的定义，剪跨比在2以内，也就是λ=M/Vh≤2来对其加以判断。
如果框架柱的反弯点并不处在柱的中点的时候，在柱结构上，下端截面的彎矩值大小是完全不同的，也就是说M1≠Mh，所以，框架柱的上、下端截面的剪跨比大小也存在着一定的差异。也就是说λt=Mt/Vh≠λh=Mh/Vh，这个时候，我们必须要对采取哪一个截面的剪跨比加以确定，从而更加准确的判断出框架柱是不是短柱。一般情况下，我们采用的框架柱上、下端截面当中剪跨比比较大的截面，之所以这样选，其主要的理由有：1）框架柱的受力情况如同一根受定值轴压力的连续梁，而柱高Hn相当于连续梁的剪跨a，有试验研究的结果表明：对于剪跨a一定的连续梁，当截面上、下配置相同的纵筋时剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段；.2）对于框架柱，临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段事实上，在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的钢筋混凝土构件的抗剪承载力是随剪跨比入增大而减弱的所以同样条件下弯矩较大区段的截面抗剪承载力比弯矩较小区段的要小，在荷载作用下发生剪切破坏时就会出现在弯矩较大区段上因此，采用上、下端截面中剪跨比的较大值作为短柱的剪跨比入应是可行的一般情况下在高层建筑的底部几层框架柱的反弯点都是偏上的，即Mb>Mt此时可按以下公式来判定短柱：
Hn/h≤2/yn（1）
式中yn为n层柱的反弯点高度比，按照几何关系的推断可以得到：yn=1/（1+ψ），其中ψ=Mt/Mb，0≤ψ≤1，Hn为n层的净高。当反弯点在柱的中点时ψ=0，yn=0.5，式1为Hn/h≤4.当反弯点在柱上端截面的时候ψ=0，yn=1式（1）为Hn/h≤2，当框架柱上不出现反弯点的时候我们就需要按照最大弯矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2来对其加以判断和鉴别，通常，我们可以按照D值法来确定柱子反弯点高度比yn，之后按照式（1）来对框架柱是否是短柱加以判断。
2、改进措施
2.1采用钢管混凝土柱
钢管混凝土通常就是指将混凝土直接放入到薄壁圆形钢管的内部，从而构成的组合型结构材料。因为在这一过程中会受到钢管侧向约束力的作用，混凝土经常会处在三向受压的状态当中，这样也就使得混凝土极限压应变以及抗压强度得到了全面的改善，特别是高强混凝土的延性明显得到了提升。此外，因为钢管一方面是纵筋，同时它也是横向箍筋，管径和管壁的厚度比值通常不超过90，这也就说明配筋率超出正常值4.6%，这明显超出了建筑抗震规范当中钢筋混凝土柱最小的极限值。因为钢管混凝土自身的变形能力和抗压强度都非常好，即使在高轴压比的情况下，还是可以在受压区形成压铰，同时在这一过程中还不会出现受压区首先被破坏的问题，一般情况下也不会出现受压翼缘失稳的问题，所以，为了能够对截面自身的转动能力加以严格的控制，不需要对轴压比限制对其加以控制和限定，在相关的规定当中已经明确的指出钢管混凝土单肢柱的承载力可以根据下面的方法对其加以计算。
承载力≤Φ1ΦeNθ（2）
式中θ=faAa/fcAc为套箍指标，0.3≤θ≤3，Φ1，Φe的物理意义及计算方法要严格按照规程进行，由式（2）可以看到当使用了高强度混凝土和科学的套箍指标之后能够使得柱子的承载力得到显著的提升，其截面能够比普通混凝土柱减少一半左右，这样也就减少了短柱，使得结构抗震性能得到了显著的提升。
2.2采用钢骨混凝土柱
钢骨混凝土柱通常由两部分组成，一部分是钢骨，另外一部分是外包混凝土、钢骨在施工的过程中一般会采用工字型、口字型、十字形截面的钢板，和钢结构比起来，钢骨混凝土柱外围的混凝土对钢构件的屈曲现象能够产生非常好的抑制和控制的作用，同时还能增强柱结构的刚度，这样也就使其屈曲的性能得到显著的改善。采用钢骨混凝土结构能够节约5成以上的材料。和钢筋混凝土结构相比，因为钢骨的使用能够使得柱体的承载力得到十分显著的提升，这样就对截面的尺寸具备了一定的控制作用。因为箍筋和钢骨翼缘对混凝土产生了一定的约束作用，混凝土的延性得到了全面的改善，此外，因为充分的融合了钢材料和混凝土材料二者的特点其自重相对较轻，截面面积也不是很大，延性非常好，经济性也能展现出非常大的优势，如果在高层建筑当中应用这种结构形式，就可以使得柱截面尺寸大大减小，从而使得结构的抗震性能得到显著的改善。
3、结语
当按剪跨比判定柱子确为短柱时应当尽量减小短柱的截面尺寸提高短柱的承载力使用各种有效措施提高短柱的延性。改善短柱的抗震性能使用分体柱等方法均可有效地改善短柱的抗震性能；采用钢管混凝土、钢骨混凝土等新结构河明显提高柱的承载力，减少柱截面尺寸，从而避免在下部结构出现短柱尤其是超短柱高层建筑的抗震设计中可根据工程的具体情况尽量采用上述新技术、新结构，以避免发生短柱的脆性破坏。
参考文献：
[1]袁燕.如何确定短柱基础短柱截面的大小[J].四川建筑.2004（06）
[2]朱继华，黄素清.高强薄壁不锈钢方形短柱设计[J].低温建筑技术.2008（05）
[3]李荣渝，江楚雄.轴心受压组合T形短柱力学性能数值模拟分析[J].华中科技大学学报（城市科学版）.2007（04）
[4]叶志锋.框架短柱的判别及设计[J].山西建筑.2006（16）
【摘 要】当前，我国的经济发展水平有了十分显著的提升，很多城市在建设的过程中都出现了不少高层建筑，同时在数量和规模上都有走高的趋势，虽然计算机帮助设计人员完成了很多测算方面的工作，但是还有一部分计算工作是需要设计人员按照软件计算的结果来确定建筑结构具体受力状态的，之后我们才能采取更加积极有效的措施对其加以处理。本文主要分析了建筑结构设计中提高短柱延性，以供参考和借鉴。
【关键词】结构设计；短柱延性；改善措施
当前，我国的建筑行业在不断的发展，同时，在这一过程中人们对建筑结构的设计工作也十分的关注和重视，短柱的延性会对建筑结构设计的质量产生非常重大的影响，所以，在建筑结构设计工作中，我们必须要采取有效的措施不断的提高短柱结构的延性，只有这样，才能保证建筑结构整体的设计质量。
1、短柱的判定方法
根据相关的要求规定，柱的净高H与截面的高度h之比应该在4之内，也就是说H/h≤4，我们将这种柱体结构叫做短柱，在工程建设中，工程技术人员在短柱的判断和辨别中通常都采用这种方法。而实际上按照结构力学以及材料力学的相关理论内容，短柱的确定主要是按照柱的剪跨比λ，而λ=M/Vh≤2才算得上是短柱，净高和截面高度的比值在4以内的时候，其剪跨比并不一定在2以内，在这样的情况下就不一定是短柱结构，设计人员在判定的过程中非常重要的一个依据就是λ=M/Vh≤2，其次，因为框架柱反弯点一般距离柱的中点位置非常的接近，如果我们在计算的过程中取M=0.5VH那么，λ=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2也就推导出H/h≤4的结论。但是，在高层建筑结构当中，梁、柱线的刚度并不是非常大，底部几层的刚度尤其如此，在这一过程中受到柱底部镶嵌的影响，同时梁对柱的约束弯矩也处在相对比较小的状态当中，反弯点的高度会高于柱高的二分之一，还有可能根本就不出现反弯点，在这样的情况下就不能用H/h≤4来判断柱结构是否为短柱，而是应该根据短柱在力学上的定义，剪跨比在2以内，也就是λ=M/Vh≤2来对其加以判断。
如果框架柱的反弯点并不处在柱的中点的时候，在柱结构上，下端截面的彎矩值大小是完全不同的，也就是说M1≠Mh，所以，框架柱的上、下端截面的剪跨比大小也存在着一定的差异。也就是说λt=Mt/Vh≠λh=Mh/Vh，这个时候，我们必须要对采取哪一个截面的剪跨比加以确定，从而更加准确的判断出框架柱是不是短柱。一般情况下，我们采用的框架柱上、下端截面当中剪跨比比较大的截面，之所以这样选，其主要的理由有：1）框架柱的受力情况如同一根受定值轴压力的连续梁，而柱高Hn相当于连续梁的剪跨a，有试验研究的结果表明：对于剪跨a一定的连续梁，当截面上、下配置相同的纵筋时剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段；.2）对于框架柱，临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段事实上，在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的钢筋混凝土构件的抗剪承载力是随剪跨比入增大而减弱的所以同样条件下弯矩较大区段的截面抗剪承载力比弯矩较小区段的要小，在荷载作用下发生剪切破坏时就会出现在弯矩较大区段上因此，采用上、下端截面中剪跨比的较大值作为短柱的剪跨比入应是可行的一般情况下在高层建筑的底部几层框架柱的反弯点都是偏上的，即Mb>Mt此时可按以下公式来判定短柱：
Hn/h≤2/yn（1）
式中yn为n层柱的反弯点高度比，按照几何关系的推断可以得到：yn=1/（1+ψ），其中ψ=Mt/Mb，0≤ψ≤1，Hn为n层的净高。当反弯点在柱的中点时ψ=0，yn=0.5，式1为Hn/h≤4.当反弯点在柱上端截面的时候ψ=0，yn=1式（1）为Hn/h≤2，当框架柱上不出现反弯点的时候我们就需要按照最大弯矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2来对其加以判断和鉴别，通常，我们可以按照D值法来确定柱子反弯点高度比yn，之后按照式（1）来对框架柱是否是短柱加以判断。
2、改进措施
2.1采用钢管混凝土柱
钢管混凝土通常就是指将混凝土直接放入到薄壁圆形钢管的内部，从而构成的组合型结构材料。因为在这一过程中会受到钢管侧向约束力的作用，混凝土经常会处在三向受压的状态当中，这样也就使得混凝土极限压应变以及抗压强度得到了全面的改善，特别是高强混凝土的延性明显得到了提升。此外，因为钢管一方面是纵筋，同时它也是横向箍筋，管径和管壁的厚度比值通常不超过90，这也就说明配筋率超出正常值4.6%，这明显超出了建筑抗震规范当中钢筋混凝土柱最小的极限值。因为钢管混凝土自身的变形能力和抗压强度都非常好，即使在高轴压比的情况下，还是可以在受压区形成压铰，同时在这一过程中还不会出现受压区首先被破坏的问题，一般情况下也不会出现受压翼缘失稳的问题，所以，为了能够对截面自身的转动能力加以严格的控制，不需要对轴压比限制对其加以控制和限定，在相关的规定当中已经明确的指出钢管混凝土单肢柱的承载力可以根据下面的方法对其加以计算。
承载力≤Φ1ΦeNθ（2）
式中θ=faAa/fcAc为套箍指标，0.3≤θ≤3，Φ1，Φe的物理意义及计算方法要严格按照规程进行，由式（2）可以看到当使用了高强度混凝土和科学的套箍指标之后能够使得柱子的承载力得到显著的提升，其截面能够比普通混凝土柱减少一半左右，这样也就减少了短柱，使得结构抗震性能得到了显著的提升。
2.2采用钢骨混凝土柱
钢骨混凝土柱通常由两部分组成，一部分是钢骨，另外一部分是外包混凝土、钢骨在施工的过程中一般会采用工字型、口字型、十字形截面的钢板，和钢结构比起来，钢骨混凝土柱外围的混凝土对钢构件的屈曲现象能够产生非常好的抑制和控制的作用，同时还能增强柱结构的刚度，这样也就使其屈曲的性能得到显著的改善。采用钢骨混凝土结构能够节约5成以上的材料。和钢筋混凝土结构相比，因为钢骨的使用能够使得柱体的承载力得到十分显著的提升，这样就对截面的尺寸具备了一定的控制作用。因为箍筋和钢骨翼缘对混凝土产生了一定的约束作用，混凝土的延性得到了全面的改善，此外，因为充分的融合了钢材料和混凝土材料二者的特点其自重相对较轻，截面面积也不是很大，延性非常好，经济性也能展现出非常大的优势，如果在高层建筑当中应用这种结构形式，就可以使得柱截面尺寸大大减小，从而使得结构的抗震性能得到显著的改善。
3、结语
当按剪跨比判定柱子确为短柱时应当尽量减小短柱的截面尺寸提高短柱的承载力使用各种有效措施提高短柱的延性。改善短柱的抗震性能使用分体柱等方法均可有效地改善短柱的抗震性能；采用钢管混凝土、钢骨混凝土等新结构河明显提高柱的承载力，减少柱截面尺寸，从而避免在下部结构出现短柱尤其是超短柱高层建筑的抗震设计中可根据工程的具体情况尽量采用上述新技术、新结构，以避免发生短柱的脆性破坏。
参考文献：
[1]袁燕.如何确定短柱基础短柱截面的大小[J].四川建筑.2004（06）
[2]朱继华，黄素清.高强薄壁不锈钢方形短柱设计[J].低温建筑技术.2008（05）
[3]李荣渝，江楚雄.轴心受压组合T形短柱力学性能数值模拟分析[J].华中科技大学学报（城市科学版）.2007（04）
[4]叶志锋.框架短柱的判别及设计[J].山西建筑.2006（16）