浅谈板柱结构结构特点

　梁宝印

摘要：板柱结构在水平荷载作用下的受力特性与框架类似，只不过是无梁，以柱上板带代替了框架梁，是框架结构的一种特殊情况

关键词：板柱结构、剪力墙、抗震

一、板柱结构、板柱－剪力墙结构在水平荷载作用下的受力特点

板柱结构在水平荷载作用下的受力特性与框架类似，只不过是无梁，以柱上板带代替了框架梁，是框架结构的一种特殊情况。板柱结构的抗侧力刚度比梁柱框架结构差，板柱节点的抗震性能不如梁柱节点的抗震性能。楼板对柱的约束弱，不像框架梁那样，既能较好地约束框架节点，做到强节点，又能使塑性铰出现在梁端，做到强柱弱梁。此外，地震作用产生的不平衡弯矩要由板柱节点传递，在柱边将产生较在的附加剪应力，当剪应力很大而又缺乏有效的抗剪措施时，有可能发生冲切破坏，甚至导致结构连续破坏。因此，单独的板柱结构不能用于抗震设计的建筑，非抗震设计时，建筑物高度有严格限制。

板柱－剪力墙结构的受力特性与框架－剪力墙结构类似，变形特征属弯剪型，接近弯曲型。地震作用下，剪力墙承担结构的大部分水平荷载，控制结构的水平侧移，提高结构的延性和抗震性能，是板柱－剪力墙结构最主要的抗侧力构件。但由于板柱部分结构延性差，抗震性能不好，故抗震设计时，板柱－剪力墙结构的建筑物高度也有严格限制。

二、板柱结构震害情况简介及震害分析

罗马尼亚布加勒斯特附近发生的7.2级地震，布加勒斯特烈度为8.5度。一座4层板柱结构（未设剪力墙），柱截面尺寸为700mm*700mm，在地震中完全倒塌。

墨西哥城附近发生的8.1级地震。板柱结构大量破坏，在地震最严重地区的300多个破坏或倒塌的建筑物中，板柱结构（密肋板）的破坏数量接近普通梁板式框架结构的2倍。柱将楼板冲切破坏后，许多层楼板叠在一起，柱端部压屈等。

在地面运动引起的地震荷载的反复作用下，加之柱子横向钢筋很少，柱核心区混凝土缺乏约束，致使柱子强度不断降低，有时甚至丧失承载能力，最终导致建筑物倒塌。

大约有半数建筑物的破坏或倒塌是由于板的冲切破坏。这些板中柱子周围的配筋较少，穿过柱头的钢筋也很少，柱头和板直接相交处混凝土很少，且未配置专门的抗剪钢筋。

在大量遭受破坏各倒塌的建筑物中，几乎都是密肋板从柱顶脱落而柱子完好无损。说明板柱交接处的连接破坏是结构破坏的主要原因。

通过对上述震害的分析，板柱结构在地震中的破坏主要原因是：

（1）地震作用全部由板柱承担，由于未设置剪力墙，结构抗侧力刚度小，再加上无梁，在很小水平荷载下，由于板柱直接相交处产生的很大非弹性转动，又削弱了结构的抗侧力刚度，故侧向位移较大，加之P－△效应，很可能在强震时造成严重破坏甚至倒塌。

（2）结构延性差，抵抗变形和抗剪的能力差。

（3）地震作用产生的不平衡弯矩，在柱周围产生较大的剪应力，和垂直荷载下的剪应力共同作用，就会发生冲切破坏。这是一种脆性破坏。

（4）板与柱间的不平衡弯矩，在柱周围产生较大的剪应力集中，在荷载初期阶段应表现出塑性特性：侧面混凝土局部压碎，钢筋屈服并产生滑移，结构刚度显著降低。

（5）在较大的水平荷载作用下，板上下表面处的柱端弯矩变号，柱中纵筋由受拉变为受压或由受压变为受拉，但密肋板的厚度不足以在较粗钢筋周围产生足够的混凝土粘着力，因此柱子钢筋在板厚范围内仍然受拉，该处的混凝土要承担由垂直荷载和不平衡弯矩产生的全部压应力，板柱节点处因纵向钢筋粘结破坏引起柱受压破坏。

可以看出：在板柱结构中设置剪力墙，使之成为板柱－剪力墙结构；同时加强板柱节点的抗冲切验算和抗震构造措施，将会提高这种结构的抗震能力。

三、适用范围

板柱结构、板柱－剪力墙结构具有不少优点，由于无楼层梁便于机电管道布置，可以减小建筑物层高，在城市规划限制房屋总高度的条件下有可能增加建筑物层数，获得更好的经济效益。此外，施工支模及绑扎钢筋也较为简单等等。

从使用功能上说，适用于商场、图书馆的阅览室和书库、仓储楼、车库、饭店、写字楼、综合楼等多层及小高层建筑。

从结构性能上说，纯板柱结构适用于非抗震设计的多层建筑、板柱－剪力墙结构适用于非抗震设计的多层、高层以及抗震设防烈度不超过８度的建筑。比较经济的跨度，采用平板时，跨度不宜大于７m，有柱帽时不宜大于９m，采用预应力时不宜大于１２m ；密肋板时为７～１０m。

四、结构布置（双向抗侧力体系）

板柱结构、板柱-剪力墙结构平面布置宜均匀、对称，刚度中心与质量中心宜重合。抗震设计时，必须采用板柱-剪力墙结构。结构两主轴方向均应布置剪力墙，成双向抗侧力体系。因板柱-剪力墙结构中的板柱框架比梁柱框架更弱，更容易造成整体扭转，因而这个要求显的更为重要。墙量要适当，过少刚度不足，过多则刚度偏大，反会引起较大的地震作用效应，应通过布置剪力墙使整体结构的刚心尽量与房屋质心重合以免引起结构过大的扭转。剪力墙布置时，应尽量做到：

1.剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近，楼梯间、电梯间。平面形状变化及恒荷载较大的部位，剪力墙不宜过度集中，剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。

2.纵、横剪力墙宜形成L形、T形等形式，避免采用单片短肢墙，少数不能避免时，应控制其轴压比：一、二、三级分别不应大于0.5、0.6、0.6，并按框架柱进行设计。

3.剪力墙不宜过长，单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的30%。

4.剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐。

为减小边跨跨中弯矩和柱的不平衡弯矩，可将沿周边的楼板伸出边柱外侧，伸出长度（从板边缘至外柱中心）不宜超过板沿伸出方向跨度的0.4倍；当楼板不伸出边柱外侧时，边梁截面高度不应小于板厚的2.5倍。边梁应按与半个柱上板带共同承受弯矩、剪力和扭矩进行设计，并满足各最小配筋率的要求。

地震作用下，房屋的周边（特别是角点）是受力的主要部位，故要求应设置框架梁形成梁柱框架。为了保证关键部位的可靠性房屋的周边应采用有梁框架，有楼梯、电梯间等较大开洞时，地下室设置框架梁或边梁，房屋的顶层及地下一层顶板宜采用梁板结构。

板柱结构每方向单列柱数不得小于3根。

板柱结构、板柱-剪力墙结构不应有错层，不应出现短柱。对楼梯间等处出现的局部短柱，应采取切实可靠的加强措施。抗震墙的厚度不应小于180mm，且不应小于层高的1/20，底部加强部位的抗震墙厚度不应小于200mm，且不应小于层高的1/16（可取层高及无支长度二者中较小值计算）。单片抗震墙的两端应设置端柱，楼层处应设置暗梁。筒体墙的端部应设置端柱或暗柱，楼层处应设置暗梁。