建築工程中框架柱損傷破壞表觀特徵與受力機理分析論文

摘 要：通過對框架柱中的角柱、中柱、邊柱從各自的位置特點、損傷破壞表觀狀況及受力機理等方面進行了研究總結，為針對不同位置損傷框架柱制定不同加固方案提供理論支持。

關鍵詞：邊柱；中柱；角柱；破壞現象；受力機理。

1、前 言

實際加固工程案例中，柱構件的加固案例最多，為構件加固的重中之重。在制定加固方案時，不僅要考慮損傷柱的損傷特徵，還要弄清其破壞機理等。另外，不同的加固方案有其不同的特點，因此其針對性也不同。本文考慮到角柱、中柱、邊柱，因其位置不同，柱的受力、構造和破壞特點、產生原因等也不盡相同，進而制定加固方案時要有針對性。因此本文對這些方面進行了總結，以期為針對性制定損傷柱的加固方案提供理論依據。

2、角柱、中柱、邊柱的定義

2.1、角柱的定義[1~2]角柱一般情況下是指建築物四角的柱，對於一些門廳、雨棚下邊的某些柱，也可能屬於角柱。角柱幾乎均等的承受兩個方向的地震作用，設計時不僅要考慮雙向偏壓還要考慮扭轉效應的影響，因此給彎矩和剪力設計值相應的乘以增大系數1.1。

2.2、中柱的定義[1~2]鋼筋混凝土框架中柱即處於框架中間，柱四個方向都有樑連接的柱子，由於受力相對簡單，各種規範標準並沒有給出特殊規定。

2.3、邊柱的定義[1~2]邊柱即柱子空間三個水平方向上有樑拉結的柱子。相對於中柱來説，邊柱處於建築物的邊緣位置，受力情況急所處環境影響較中柱複雜，但我國當前的規範中，並沒有對針對邊柱有一些特殊的要求，而是對中柱和邊柱同等對待，軸壓比及其他的一些構造要求都是相同的。

3、角柱、中柱、邊柱的破壞形式

3.1、角柱的損傷破壞形式

角柱在實際工程中的損傷破壞表觀特徵如圖1所示。

圖1 RC框架角柱的損傷破壞現象

損傷特徵描述如下[3]：（a）柱頭混凝土保護層變形脱落，混凝土有輕微壓酥，鋼筋屈服變形；（b）柱端混凝土完全壓酥、粉碎，箍筋已拉脱變形，柱頂形成塑性鉸，柱體成傾斜狀，幾乎與建築脱離。

3.2、中柱的損傷破壞形式

中柱在實際工程中的損傷破壞表觀特徵如圖2所示。

圖2 RC框架中柱的損傷破壞現象

損傷特徵描述如下[3]：（a）柱頂裝飾層脱落，保護層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。

3.3、邊柱的損傷破壞形式

邊柱在實際工程中的損傷破壞表觀特徵如圖3所示。

圖3 RC框架邊柱的.損傷破壞現象

（a）柱頂裝飾層脱落，保護層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。

4、框架柱受力破壞機理分析

從受力機理角度出發，結合國內外學者的試驗研究及工程實例的總結[4]，柱子破壞主要分為以下8種典型的受力破壞形式。

如圖4所示。

圖4鋼筋混凝土柱的受力破壞形式

（1）對於角柱，處於壓、彎、剪複合受力，無地震作用下，由於所處位置的特殊性，一般會以小偏心受壓形式破壞如圖4（b），若箍筋無加密，或者配置不合理，很容易出現各種受剪等脆性破壞形式如圖4（d），4（e），4（g），4（i）。在地震作用時，由於角柱得幾乎均等承受兩個方向的水平地震作用，所以地震作用疊加，會對角柱造成更嚴重的破壞，如圖4（f）。

（2）中柱的受力破壞形式，一般為軸心受壓破壞類型如圖4（a），但在一些特殊情況下，有可能在承受豎向荷載和不平衡彎矩共同作用下，節點處破壞形態可能會出現剪切破壞如圖4（d）。

（3）邊柱的受力破壞形式，一般為偏心受壓破壞類型如圖4（b）~（c），但剪力過大時，會出現圖4中的剪切破壞，在地震作用下也會出現粘結破壞等。

5、鋼筋混凝土柱的損傷原因分析

5.1、設計方面[5]改革開放以前，我國規範中規定的樑、柱鋼筋最小用量比國外來低一倍以上。結構抗震除了設防烈度較低以外，在抗震設計計算方法和構造規定上都比國外保守。技術層面，箍筋在配置時未加密，或直徑取值偏小，造成約束縱筋能力減弱，很容易造成柱端、柱底鋼筋網呈燈籠狀，或者箍筋直接拉斷、柱子內部炸裂，外部混凝土酥碎；未考慮罕遇地震下結構的彈塑性變形，層間位移值偏大，柱的配筋量和軸壓比等抗震構造措施不足，柱頂鋼筋屈服形成塑性鉸或者柱端配筋少，柱子破壞先於樑端，形成強梁弱柱。

5.2、施工方面[6]箍筋或縱筋直徑私自改小；箍筋間距疏密不均；混凝土強度等級不足，抵抗力不足，軸壓比沒達到要求；因外保護層厚度過高，柱的抗壓區高度及抗彎承載能力減小；節點處柱箍筋接頭不到位，在大荷載作用下，箍筋壓屈破壞脱落；節點處混凝土質量較差，不能與鋼筋形成較好的握裹力，使節點極易破壞；樑柱節點由於縱筋配置過多、直徑過大，箍筋加密，澆灌混凝土時，沒有按正常施工順序，造成中部沒有振搗密實，有影響承載力的的空洞等缺陷。

6、結 語

（1）角柱所處建築地位特殊，為建築物橫縱雙向提供剛度支持，承受雙向地震作用，按雙向偏壓構件計算，要考慮扭轉效應，因為一旦受損，整個建築物都處於危險之中。規範就對角柱增加各種嚴格的限制條款。其表觀破壞特徵也較中柱、邊柱嚴重，其受力破壞形式一般都為脆性破壞，如小偏壓破壞，粘結破壞，各種剪切破壞。

（2）中柱由於所處建築物中部，由於與柱連接的樑對稱規則，所以柱的受力也相對簡單，破壞狀態多表現為混凝土柱中部壓碎破壞，這正是軸心受壓、大偏心受壓破壞等延性破壞類型。所以加固時多按軸心受壓構件進行。

（3）邊柱在建築物外圍，受力情況較中柱複雜，且數量眾多，破壞的時候也都出現類似角柱的脆性破壞類型，如小偏壓破壞，粘結破壞等。

（4）在制定加固方案時，若有兩種加固方案：增大截面法和外包型鋼法[7]可供選擇，那麼針對邊柱和角柱，因其受震破壞形式較嚴重，可選用加固後抗震性能較優良的外包型鋼法；而對於中柱，增大截面法更適合其破壞特徵和原因。

參考文獻

[1]中國住房與城鄉建設部、中國質量監督檢驗檢疫總局《.混凝土結構設計規範》（GB50010-2010）[S].北京：中國建築工業出版社，2010.

[2]中國住房與城鄉建設部、中國質量監督檢驗檢疫總局《.建築抗震設計規範》（GB50010-2010）[S].北京：中國建築工業出版社，2010.

[3]馬 穎.鋼筋混凝土柱地震破壞方式及性能研究[D].大連理工大學，2012.

[4]金仁和，劉細林.地震作用下鋼筋混凝土柱破壞形式及機理分析[J].茂名學院學報，2008（06）：69~73.

[5]陳肇元.安全第一還是節約第一———必須大幅度提高建築結構設計的安全度[J].中國改革，1999（03）：20~22.

[6]韓麗霞，金德保，莫 庸.鋼筋混凝土多層框架柱震害初步分析———汶川大地震都江堰災區鋼筋混凝土多層框架柱震害考察的思考[J].工程抗震與加固改造，2008（04）：41~44.

[7]中國住房與城鄉建設部、中國質量監督檢驗檢疫總局《.混凝土結構加固設計規範》（GB50367-2013）[S].北京：中國建築工業出版社，2013.