影响强柱弱梁的因素及设计对策

Building Structure 百家论坛 影响强柱弱梁的主要因素及设计对策 朱炳寅/中国建筑设计研究院 1 引言 钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较 小，地震作用引起的侧向位移较大，故合理的抗震措 施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。汶川地震 的经验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：“强柱弱梁”是框架结构抗震设计中不 可忽视的重要内容，也是实现梁铰机制的重要结构措 施。实际工程中，影响强柱弱梁的因素很多，如何抓 住主要矛盾，在设计中真正实现“强柱弱梁”，已成 为结构设计人员关心的大问题。 2 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的相关规定 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第 6.2.2 条规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶 层和柱轴压比小于 0.15 者及框支梁与框支柱的节点 外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求： ∑ ∑= bcc MM η （1） 一级框架结构及 9度时尚应符合 ∑ ∑= buac 2.1 MM （2） 式中各符号意义见规范。 当反弯点不在柱的层高范围内时，柱端截面组合 的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。 《高层建筑混凝土结构技术 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 》（JGJ3-2002） 第 6.2.5，第 7.2.22 条以及《混凝土结构设计规范》 （GB50010-2002）第 11.3.2条均有相似的规定。 3 影响强柱弱梁的主要因素 1）由图 1可以看出，梁端负弯矩是影响强柱弱梁 的重要因素，梁端负弯矩越大，则对框架柱的要求越 高；因此，适当降低梁端负弯矩数值，对强柱弱梁的 实现具有积极意义。 2）由图 1 还可以发现，在强柱弱梁验算中，梁 端正弯矩与其相邻跨的梁端负弯矩组成强柱弱梁验算 中的梁端力偶，合理取用梁端正弯矩数值，同样对强 柱弱梁的实现具有积极的意义。 3）在现浇结构中，现浇楼板对梁的刚度影响可通 过梁刚度放大系数予以近似考虑，但就现浇楼板配筋 对梁端实际受弯承载力的影响，其研究和设计 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 相 对滞后。 4）梁端实配钢筋直接影响梁端受弯承载力，合 图 1 规范中相关规定的图示 理控制梁端实配钢筋与计算钢筋的比例关系，对强柱 弱梁的实现意义重大。 4 结构设计中存在的主要问题 4.1 弹性计算模型加大了梁端负弯矩（见图 2） 结构分析计算中，框架梁端部负弯矩按梁的计算 跨度l0计算，内力计算位置位于梁柱交点处（即在柱 截面中心处，考虑刚域时，梁端计算截面位于柱截面 范围内离柱边hb/4 处），结构计算没有考虑柱截面宽 度对构件计算内力，而构件抗力计算时采用的是梁端 截面，抗力和效应计算分别采用不同截面，造成截面 位置的不一致，加大了梁端截面配筋量值，增加了强 柱弱梁实现的难度。 4.2 不合理的构件裂缝宽度验算加大了梁端实际配筋 （见图 2） 取按弹性方法验算的梁端截面（该截面位置在柱 截面范围内）的裂缝宽度，内力取值和实际截面位置 不统一（内力取自柱截面范围内的梁计算端部，不是 真正的梁端；而截面取柱边缘处梁的真实截面），这 （a）不考虑刚域时 （b）考虑刚域时 图 2 梁端实际弯矩与计算弯矩的关系 12 We learn we go Building Structure 百家论坛 We learn we go 种内力与计算截面的不一致，导致梁端计算弯矩过大， 梁端裂缝宽度计算值大于实际值，同时，加大梁端配 筋，对强柱弱梁的实现极为不利。 4.3 梁底钢筋的不合理配置（见图 3） 目前，梁详图设计绝大部分都采用国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图 03G101，不区分具体情况而盲目套用图集，造成梁端 底面实际配筋大大超出强柱弱梁计算中对应于梁底弯 矩设计值的配筋量，当采用多排钢筋时，问题更严重。 图 3 跨中最大弯矩与梁端正弯矩的关系 4.4 现浇楼板配筋对梁端实际承载力的影响（见图 4） 现浇楼板的配筋对框架梁实际截面承载力有明显 影响，在梁端截面有效受拉翼缘宽度范围内，与框架 梁跨度同向的楼板钢筋对框架梁端部实际抗弯承载力 的影响很大，但在计算程序中没有得到很好的体现， 加剧了强柱弱梁实现的难度。 4.5 梁端实配钢筋与计算钢筋量的差值问题 实际工程中，梁端钢筋的超配（梁端负弯矩钢筋 超配，梁端正弯矩钢筋超配）现象普遍，加大了梁端 实际受弯承载力与计算受弯承载力的差距，使强柱弱 梁的实现更加困难。 图 4 现浇楼板钢筋对梁端受弯承载力的影响 5 结构设计建议 1）抗震设计的结构应尽量考虑结构的塑性内力 重分布，采用柱边缘截面处的梁端内力设计值，建议 在程序计算中设置梁净跨单元[5]，用于强柱弱梁的计 算。 2）构件的裂缝宽度验算中，宜采用考虑塑性内 力重分布的分析方法，采用柱边缘截面处的梁端内力 设计值[5]，确保构件的裂缝宽度验算不致给强柱弱梁 验算增加新的负担。同时，建议在程序计算中设置梁 净跨单元，用于框架梁梁端的裂缝宽度计算；当所选 用的程序不能自动取用支座边缘内力时，可根据工程 经验，对梁端弯矩进行适当的折减；也可根据框架梁 竖向荷载的比值，采用下列近似计算方法[5]将梁端及 跨中按弹性方法计算的弯矩均乘以折减系数C，C可根 据简支梁在集中荷载下的跨中弯矩Mp0与全部荷载下 的跨中弯矩M0的比值n按下式确定： 2 0nn0 /])1([ lllnnlC −+= （3） 式中ln为梁的净跨，l0为梁的支座中心距。当以均布荷 载为主时C= (ln /l0)2，以集中荷载为主时C= ln /l0。 3）应正确区分框架梁跨中截面配筋要求与框架 梁端部截面梁底钢筋的不同概念，控制梁端下部实际 配筋的数量与强柱弱梁计算差值不致过大，建议可根 据框架梁端部底面配筋要求和框架梁跨中钢筋的差异 情况，适当控制梁底钢筋进入支座（框架柱内）的数 量（当梁底设置多排钢筋时，一般情况下，可仅考虑 第一排钢筋进入支座，其他各排钢筋可不进入支座， 即在柱截面外截断）[5]，既有利于强柱弱梁的实现， 同时可减少过多钢筋在梁柱节点区的锚固，有利于保 证节点区混凝土的质量。 4）应适当考虑现浇楼板中的钢筋对框架梁端部 实际的正截面抗震受弯承载力的影响，建议计算程序 在强柱弱梁的计算中留有开关，以便设计人员可根据 楼板负弯矩钢筋的实际配置情况，对用于强柱弱梁验 算的梁端组合负弯矩设计值乘以适当的放大系数。当 所选用的程序无法近似考虑楼板钢筋对强柱弱梁的影 响时，在手算复核中，考虑框架梁有效翼缘宽度范围 （考虑楼板受拉，可近似取梁两侧各为 3倍楼板厚度 范围）内[6]，与框架梁跨度同向的板顶钢筋的作用。 5）应严格控制梁端实配钢筋，对梁端负弯矩钢 筋不应超配（控制实配钢筋不超过计算钢筋面积，一 般情况下，可取实配钢筋面积为 0.95~1.0倍的计算钢 筋面积）；对梁端正弯矩钢筋应控制超配比例（一般 情况下，可控制超配系数在 10%以内）。 6 结论 1）影响强柱弱梁实现的因素很多，有理论研究 的滞后、有设计计算的缺陷和抗震构造的不足等。加 快理论研究的步伐，完善设计计算理论和抗震设计构 造，对强柱弱梁的实现具有重大的显示意义。 2）在建筑物的抗震设计中，适当考虑框架梁的 塑性内力重分布，采用净跨框架梁单元模型，取用实 际梁端（框架柱边）内力进行构件的裂缝宽度验算， 不仅可以减少梁端负弯矩的实际配筋， （下转 15 页） 13