框架结构中柱的剪跨比问题：混凝土结构设计解析

【规范规定】

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）

6.4.1 柱截面尺寸宜符合下列要求：

1.矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250mm，抗震设计时，四级不宜小于300mm，一、二、三级时不宜小于400mm；圆柱直径，非抗震和四级抗震设计时不宜小于350mm，一、二、三级时不宜小于450mm。

2.柱剪跨比宜大于2。

3.柱截面高宽比不宜大于3。

【解析】

考虑到抗震安全，本次修订提高了抗震设计时对柱截面最小尺寸的要求。一、二、三级抗震设计时，矩形截面柱最小截面尺寸由300mm改为400mm，圆柱最小直径由350mm改为450mm。(www.xing528.com)

（1）框架的柱端一般同时存在着弯矩M和剪力V，根据柱的剪跨比λ=M/Vh₀来确定柱为长柱、短柱和极短柱，h₀为与弯矩M平行方向柱截面有效高度。λ＞2（当柱反弯点在柱高度H₀中部时即H₀/h₀＞4）称为长柱；1.5＜λ≤2称为短柱；λ≤1.5称为极短柱。

有研究表明：长柱一般发生弯曲破坏；短柱多数发生剪切破坏；极短柱发生剪切斜拉破坏，这种破坏属于脆性破坏。

抗震设计的框架结构柱，柱端的剪力一般较大，从而剪跨比λ较小，易形成短柱或极短柱，产生斜裂缝导致剪切破坏。柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏属于脆性破坏，在设计中应特别注意避免发生这类破坏。

（2）高层建筑的框架结构、框架-剪力墙结构、外框架内核心筒结构等结构中，由于设置设备层，层高矮而柱截面大等原因，某些工程中短柱难以避免。如果同一楼层均为短柱，各柱之间抗侧刚度不很悬殊，这种情况下按有关规定进行内力分析和截面设计构造，结构安全是可以保证的。应避免同一楼层出现少数短柱，因为这少数短柱的抗侧刚度远大于一般柱的抗侧刚度，在水平地震作用或风荷载作用下吸收较大水平剪力，尤其在框架（纯框架）结构中的少数短柱，一旦地震超设防烈度的情况下，可能使少数短柱遭受严重破坏，同楼层柱各个击破，这对结构安全将是极大危险。

因此，当剪力墙或核心筒作为主要抗侧力结构的框架-剪力墙结构和外框架内核心筒结构中出现短柱，与纯框架结构中出现短柱应有所不同，重视的程度应有所区分。纯框架结构的楼梯间平台处，当设置柱间梁时，常使支承该梁的柱形成短柱，为避免出现短柱，可在平台靠踏步处设梁，而梁两端设置从楼层框架梁上支承的小柱，平台板外端不再设梁，而楼梯跑板外伸悬挑板（图4-7）。这种做法同时还能减弱支撑作用。

图4-7 楼梯平台设小柱