淺談建筑結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)

吳 錚 郭春陽(yáng) 王 越

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

0 概述

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于其自身的側(cè)向剛度較小，地震作用引起的側(cè)向位移較大，故合理的抗震措施成為框架結(jié)構(gòu)抗震性能實(shí)現(xiàn)的有力保證。按照多層鋼筋混凝土框架柱抗震概念設(shè)計(jì)的要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有多道抗震防線(xiàn)，其中的一個(gè)原則是“強(qiáng)柱弱梁”。所謂“強(qiáng)柱弱梁”就是柱子不先于梁破壞，梁的破壞屬于構(gòu)件破壞，是局部性的，柱子破壞則危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。由于“強(qiáng)梁弱柱”型框架結(jié)構(gòu)的底層柱上下端出現(xiàn)塑性鉸,將迅速導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌；反之，“強(qiáng)柱弱梁”型框架結(jié)構(gòu)，在全部梁端出現(xiàn)塑性鉸并迫使結(jié)構(gòu)底部也出現(xiàn)屈服變形時(shí)，結(jié)構(gòu)才會(huì)破壞。

1 影響強(qiáng)柱弱梁的因素

1）柱軸壓比的影響?，F(xiàn)行規(guī)范軸壓比限值偏高是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力不足的主要原因。在地震過(guò)程中,軸壓比過(guò)高容易造成柱壓潰破壞，適當(dāng)控制軸壓比對(duì)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁機(jī)制是非常有益處的。

2）梁計(jì)算中樓板的影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般都是不考慮樓板參與整體計(jì)算，大部分情況下是直接將荷載倒算的梁上，而在計(jì)算水平荷載(地震與風(fēng)荷載)的時(shí)候考慮樓板對(duì)梁剛度的提高作用,用一個(gè)中梁(邊梁)剛度放大系數(shù)來(lái)考慮樓板的作用，但計(jì)算梁配筋的時(shí)候又只考慮矩形截面，這樣一來(lái)形成了本來(lái)是T形梁承受荷載，鋼筋計(jì)算卻完全集中在矩形截面中。

3）填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響。在實(shí)際工程中很多圍護(hù)結(jié)構(gòu)是砌體墻，而地震作用下砌體墻與梁一起運(yùn)動(dòng)，無(wú)疑對(duì)梁有一個(gè)較大的加強(qiáng)作用。而柱子一般情況下額外承受砌體墻與梁共同作用產(chǎn)生的剪力，這對(duì)抗震規(guī)范“強(qiáng)梁弱柱”機(jī)制的實(shí)現(xiàn)是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。對(duì)墻體較多的框架結(jié)構(gòu)，填充墻在建筑中大多分布不均勻，易造成框架結(jié)構(gòu)剛度中心較大偏離計(jì)算模型中的剛度中心，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)僅僅進(jìn)行周期折減是不能完全考慮其對(duì)框架的真實(shí)影響。

4）裂縫計(jì)算加大了梁端的抗彎能力。不合理的裂縫計(jì)算加大了梁端配筋面積，導(dǎo)致梁端計(jì)算彎矩過(guò)大，梁端裂縫寬度計(jì)算值大于實(shí)際值，同時(shí)，加大梁端配筋，抗震調(diào)幅與梁端裂縫撓度計(jì)算的矛盾，對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制實(shí)現(xiàn)增加了新的負(fù)擔(dān)。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取

計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格按照地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全,因而應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量按規(guī)范選取。SATWE或TAT等計(jì)算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮樓板形成T形截面而引起梁剛度增大，計(jì)算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大,放大系數(shù)中梁取2.0，邊梁取1.5為宜。計(jì)算中應(yīng)考慮樓梯構(gòu)件的影響。SATWE軟件計(jì)算中，框架柱的角柱在特殊構(gòu)件定義里面一定要設(shè)定，否則引起框架柱的角柱配筋不足。

3 現(xiàn)澆框架柱、梁、板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)的問(wèn)題

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)時(shí)從構(gòu)件的結(jié)構(gòu)重要性和受力特征、經(jīng)濟(jì)上來(lái)看，往往把梁、柱、板的混凝土采取不同的等級(jí)，但從實(shí)際情況看，弊多利少，容易出現(xiàn)下列問(wèn)題:

1）澆筑平面內(nèi)出現(xiàn)三種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，增加了施工難度，延長(zhǎng)了施工工期，而且很可能由于施工管理不善，會(huì)出現(xiàn)低強(qiáng)度等級(jí)的板澆筑了高強(qiáng)度混凝土，而高強(qiáng)度等級(jí)的梁或結(jié)點(diǎn)處澆筑了低強(qiáng)度混凝土，造成了質(zhì)量隱患。

2）會(huì)造成一塊樓板上四周設(shè)置施工縫、梁端部設(shè)置施工縫等不正確的施工工藝，處理不當(dāng)，不但增加施工難度，而且造成質(zhì)量隱患。

因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意:現(xiàn)澆框架的梁、柱和板的混凝土應(yīng)盡量采用統(tǒng)一的強(qiáng)度等級(jí)，以簡(jiǎn)化施工工藝，保證施工質(zhì)量;不能統(tǒng)一時(shí)，可以柱采用一種混凝土強(qiáng)度，梁和板采用另一種混凝土強(qiáng)度,只在結(jié)點(diǎn)處采用特殊措施，比如用鐵絲網(wǎng)等辦法，以保證結(jié)點(diǎn)處混凝土等級(jí)與柱的混凝土強(qiáng)度一致。

4 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的問(wèn)題

梁端截面的底面和項(xiàng)面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)算確定外，一級(jí)不應(yīng)小于0.5，二、三級(jí)不應(yīng)小于0.3。對(duì)于賓館、辦公樓等有長(zhǎng)短跨梁的建筑，短跨負(fù)筋小，長(zhǎng)跨負(fù)筋大，可以采用長(zhǎng)短跨負(fù)筋分別配筋的方法解決比值不滿(mǎn)足的問(wèn)題。

框架柱配筋構(gòu)造措施:1）樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連，使得樓梯此處的柱可能成為短柱，當(dāng)形成短柱時(shí)箍筋全長(zhǎng)加密。2）對(duì)框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗或設(shè)置空調(diào)洞時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過(guò)梁，使外框架柱成為短柱時(shí)箍筋全長(zhǎng)加密。3）一級(jí)及二級(jí)框架的角柱箍筋應(yīng)全長(zhǎng)加密。一級(jí)及二級(jí)框架柱非加密區(qū)箍筋間距不應(yīng)大于l0倍縱向鋼筋直徑。

總之，影響“強(qiáng)柱弱梁”實(shí)現(xiàn)的因素很多，綜合考慮各種因素，合理的計(jì)算及設(shè)計(jì)方法，尚需在工程實(shí)踐中不斷補(bǔ)充和完善。

5 結(jié)語(yǔ)

影響“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制實(shí)現(xiàn)的因素很多，如目前設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的缺陷、理論研究的滯后和抗震措施的不足等。完善設(shè)計(jì)計(jì)算理論及計(jì)算軟件的開(kāi)發(fā)、加快理論研究的步伐和彌補(bǔ)抗震措施的不足，對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的實(shí)現(xiàn)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

[1]GB50011-2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].