高层建筑抗震设计中短柱问题的处理
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第３４卷第２５期 ・１０２・ ２ ０ ０ ８年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲｔ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ．２００８
文章编号：１００９—６８２５（２００８）２５—０１０２—０２
高层建筑抗震设计中短柱问题的处理
吝帅牛秀美
摘要：针对短柱延性差的特点，指出了轴压比和剪跨比是影响构件延性的两个主要因素，并提出了改善短柱抗震性能 的有效措施，从而提高短柱的延性和抗震性能，避免短柱脆性破坏问题的发生。
关键词：高层建筑，抗震设计，短柱 中图分类号：ＴＵ９７３．３１ 文献标识码：Ａ
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＿１ Ｊ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。
众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在
建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，
很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“小震 不坏，中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏
问题在高层建筑中发生，文中认为，首先要正确判定短柱，然后对
短柱采取一些构造措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。
１短柱的正确判定
规程［１ｊ和规范【 都规定，柱净高Ｈ与截面高度ｈ之比Ｈ ≤
４为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一
个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比
Ａ，只有剪跨比Ａ Ｍ／Ｖｈ４２的柱才是短柱，而柱净高与截面高
度之比Ｈ ≤４的柱其剪跨比Ａ不一定小于２，亦即不一定是短
柱。按Ｈ ≤４来判定的主要依据是：
Ａ＝Ｍ／Ｖｈ４２ （１）
考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取Ｍ：０．５Ⅲ，则Ａ：
Ｍ／Ｖｈ：０．５ＶＩＩ／Ｖｈ ０．５Ｈ／ｈ４２，由此即得Ｈ ≤４。但是，对
于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底
嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的
１／２高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按Ｈ ≤４来判定短
柱，而应按短柱的力学定义——剪跨比Ａ：Ｍ／Ｖｈ４２来判定才
是正确的。
一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏
上，即Ｍｂ＞Ｍ，。此时，可按式（１）或式（２）判定短柱：
≤２ （２）
其中， 为１＂ｌ层柱的反弯点高度比，根据几何关系，可得： ＝
１／（１＋ ）， ＝Ｍ ／Ｍｂ，０４ ４１； 为 层柱的净高。
式（２）具有一般性。当反弯点在柱中点时， ：１， ＝０．５，
式（２）即成为 ／ｈ４４；当反弯点在柱上端截面时， ＝０， ＝１，
式（２）即成为 ≤２；如果框架柱上不出现反弯点，就应采用最
大弯矩作用截面的剪跨比 ＝Ｍ／Ｖｈ４２来判断短柱。
当需要初步判断框架柱是否属于短柱时，可先按Ｄ值法确定
柱子的反弯点高度比 ，然后按式（２）２０断短柱。在施工图设计
阶段，可根据电算结果作进一步判断。 ２改善短柱抗震性能的措施
当按剪跨比＾判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要
求采取构造措施即可；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。
２．１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应该满足“强柱弱梁”要求。
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，改善对混凝土的约束作用，能够达到改善短柱
抗震性能的目的。
２．２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，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出
延性的破坏状态。 人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分
为２个或４个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在
组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚
度和后期耗能能力。一般连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩 擦阻尼器、素混凝土连接键等形式。
对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明：采用分体柱
的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降
低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态
由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效
地改善了短柱尤其是剪跨比；ｔ４Ｉ．５的超短柱的抗震性能。分体
柱方法已在实际工程中得到应用。 ２．３采用钢骨混凝土柱
钢骨混凝土柱由钢骨和外包混凝土组成。钢骨通常采用由
钢板焊接拼制或直接轧制而成的工字形、口字形、十字形截面。
与钢结构相比，钢骨混凝土柱的外包混凝土可以防止钢构件
的局部屈曲，提高柱的整体刚度，显著改善钢构件平面扭转屈曲
性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨混凝土结构，一般
可比钢结构节约钢材达５０％以上。此外，外包混凝土增加了结构
的耐久性和耐火性。与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，
使柱子的承载力大大提高，从而有效地减小柱截面尺寸；钢骨翼
缘与箍筋对混凝土有很好的约束作用，混凝土的延性得到提高，加
收稿日期：２００８—０３—２７ 作者简介：吝帅（１９８１一），女，助理工程师，河北省邯郸市怀特建筑设计有限公司，河北邯郸０５６００２
牛秀美（１９７６一），女，助理工程师，河北省邯郸市方圆建筑设计有限公司，河北邯郸
０５６００２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第２５期 ２ ０ ０ ８年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ（ 、ＵＲＥ ＶｏＩ．３４ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ．２００８ ・１０３・
文章编号：１００９．６８２５（２００８）２５．０１０３．０２
风和日丽天阔苑结构设计
悄甄守
摘要：结合具体工程概况，对该工程超长裙房的分缝处理进行了介绍，并以Ｃ栋建筑为例，采用ＥＴＡＢＳ和ＳＡＴＷＥ两
种程序进行了整体分析，验证了ＳＡＴＷＥ中刚性楼板假定的可行性，为类似工程结构设计提供了参考借鉴。
关键词：结构设计，裙房，双塔结构，地下室，高层建筑
中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ
１ 工程概况
风和日丽天阔苑位于深圳市保安区龙华镇梅龙大道与工业
东路交汇处，是一座以住宅为主的高层建筑，总面积１１万ｍ２左
右，分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ ４栋。Ａ栋一个单元，２８层，楼高９１．１０ ｍ；Ｂ栋一
个单元，３１层，楼高９８．６０ ｍ；Ｃ栋两个单元，２８层，楼高９１．１０ ｍ；
Ｄ栋两个单元，３２层，楼高９５．６０Ｉｌｌ。裙房３层，部分２层，为商业
等综合用房，１层地下室，带人防设计，部分地下室设有夹层。
２结构设计的技术特点
２．１超长裙房的分缝处理
本工程裙房沿地下室周边布置，分成两段，北侧Ｂ，Ｃ栋楼下 ２层，裙房呈“一”字形，宽３７．３ Ｉｌｌ，长１２８．５ ｍ；南侧Ａ，Ｄ栋楼下
３层裙房，呈“一’字形，宽１６．３ Ｉｌｌ左右，长２２０．７ Ｉｌｌ。两部分裙房
均属超长结构，且上部塔楼质心偏离较大，无法满足上下质心偏
离小于２０％的要求。因此，在地面以上北侧设有一条抗震缝，把
裙房分成两段；南侧设有两条抗震缝，把裙房分成三段，这样，每
段裙房均能满足长宽比及上下质心偏离的要求，同时地面以上
４座塔楼通过抗震缝完全分开，简化了结构体系。
２．２整体计算分析
上钢骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。
由于钢骨混凝土柱充分发挥了钢与混凝土两种材料的特点， 具有截面尺寸小，自重轻，延性好以及优越的技术经济指标等特
点，如果在高层或超高层钢筋混凝土结构下部的若干层采用钢骨
混凝土柱，可以大大减小柱的截面尺寸，显著改善结构的抗震性能。
３结语
确定是不是短柱不宜按Ｈ ≤４来判别，而应按剪跨比Ａ＝
Ｍ／Ｖｈ≤２来判别。一般情况下，可采用式（２）来判别。当需要初 步判别是否属于短柱时，可先按Ｄ值法确定反弯点高度比 ，然
后按式（２）来判别。当按剪跨比Ａ判定柱子是不是短柱时，按一
般框架柱的抗震要求采取构造措施即可；确为短柱，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。使用复合螺旋箍筋，采用 前面提到，上部结构Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ ４栋通过裙房分缝处理，分成
了４个相对独立的部分，全部是底部大空间部分框支剪力墙结
构，均采用梁式转换，属于复杂高层。其中，Ｃ，Ｄ栋分别由两个单
元组成，Ｃ栋在２层转化层以上分成两个部分，成为多塔结构；
Ｄ栋在３层转化层以上至第８层分为两个部分，从第９层开始又
连成一体，成为连体结构。４栋建筑的结构受力都比较复杂，现以
Ｃ栋为例，介绍一下整体计算分析的情况：
１）双塔结构的合理性。
Ｃ塔是双塔结构，两塔的层数都为２８层，高度都为９１．１０ Ｉｌｌ，
左塔长３８．８５ Ｉｌｌ，右塔长３６．７５ Ｉｌｌ，宽都为２１ Ｉｌｌ，ＳＡ１ 按单塔
分别计算的位移、周期见表１。
由Ｃ塔平面图可看出，两塔平面形状相似，平面凹凸不大于
相应投影方向总尺寸的３０％，楼板开洞不大于该层楼板典型宽度
的５０％，平面规则；从表１可看出，左右两塔的平面尺寸和高度相
近，高宽比４．６，小于《高规》表４．２．３—１中Ａ级高度钢筋混凝土高
层建筑适用高宽比不大于６的要求；从表１可看出，ＳＡＴＷＥ计算
的两塔位移、周期、刚度除最大位移与平均位移比大于１．２，不符
合平面扭转规则的要求外，其余各项均符合规则结构的要求。
分体柱技术均可有效地改善短柱的抗震性能；采用钢骨混凝土、
钢管混凝土等新结构，可显著提高柱的承载力，减小柱截面尺寸，
避免在结构下部出现短柱尤其是超短柱。因此，在高层建筑抗震
设计中应根据工程的具体情况，尽量采用上述新结构、新技术，来
避免短柱脆性破坏问题的发生。
参考文献： ［１］ＪＧＪ ３－２００２，高层建筑混凝土结构技术规程［Ｓ］． ［２］ＧＢ ５００１１－２００１，建筑抗震设计规范［ｓ］．
［３］ＪＧＪ １３８，型钢混凝土组合结构技术规程［Ｓ］．
［４］ 李国胜，多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及 算例［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４．
［５］ 刘道前．高层混凝土结构短柱的抗震分析［Ｊ］，山西建筑，
２００７，３３（２２）：６０—６１．
Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ’Ｓ ａｎｔｉ—ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ
ＬＩＮ Ｓｈｕａｉ ＮＩＵ ＸｉＵ－ｍｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｘｌｏｒ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎ，ｉｔ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｓｐａｎ ｒａｔｉｏ ａｒｅ ｔｈｅ
