崔艷東

摘 要：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前建筑業(yè)中最主要的結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑中。但是它自身的側(cè)向剛度較小，而地震作用引起的側(cè)向位移較大，為了保證框架結(jié)構(gòu)在遭遇地震作用時(shí)不發(fā)生倒塌，我們對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)必須采取一定的抗震措施，以保證人民的人身和財(cái)產(chǎn)的安全。“強(qiáng)柱弱梁”是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的必要措施，所謂的強(qiáng)柱弱梁是指節(jié)點(diǎn)處柱端實(shí)際受彎承載力大于梁端受彎承載力。一方面，它的底層柱上下端出現(xiàn)塑性鉸，能夠迅速導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌，另一方面，它只有在全部梁端出現(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。

關(guān)鍵詞：影響因素；注意事項(xiàng)；強(qiáng)柱弱梁；框架結(jié)構(gòu)

1 影響實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的因素

1.1 框架柱軸壓比限值的影響

在現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的軸壓比限值，主要是為了保證柱的塑性變形能力和保證框架的抗倒塌能力?？拐鹌茐淖罱K希望框架柱以大偏心受壓破壞，柱的軸壓比直接影響柱截面設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谳S力設(shè)計(jì)值不變的情況下，柱子軸壓比限值偏大就會(huì)使得柱子的截面就要變小，框架柱剛度偏小，柱體的抗彎能力和抗剪能力都會(huì)有所下降，其柱體的變形量增大，極易造成柱體的失穩(wěn)，當(dāng)遭遇罕遇地震時(shí)，柱軸力會(huì)進(jìn)一步增大，甚至可能超過界限軸力而成為小偏壓受力，導(dǎo)致框架在地震作用下就容易破壞產(chǎn)生柱鉸型破壞機(jī)制，因此，適當(dāng)控制軸壓比對(duì)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制是非常有必要的。

1.2 填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響

實(shí)際建筑物的自振周期短于自振周期，尤其是有實(shí)心磚填充墻的框架結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)柱弱梁的所有影響因素中，填充墻是影響最大的一個(gè)因素，填充墻和框架梁是相互依存的關(guān)系，對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生如下一些影響，因此我們必須要明確填充墻的結(jié)構(gòu)功能及其相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)際工程中，圍護(hù)墻和填充墻通常直接在框架梁上砌筑，而地震作用下砌體墻與梁一起運(yùn)動(dòng)，無疑對(duì)梁有一個(gè)較大的加強(qiáng)作用，它不僅能直接參與整體結(jié)構(gòu)的抗震受力，顯著增大框架梁的剛度和抗彎承載力，而且還能增加結(jié)構(gòu)層剛度，造成結(jié)構(gòu)層剛度不均勻，減小框架梁彎曲變形，形成層屈服機(jī)制，引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。填充墻的結(jié)構(gòu)功能目標(biāo)分為：1）參與結(jié)構(gòu)受力，這時(shí)它就是抗震的第一道防線，在整體結(jié)構(gòu)的抗震分析和設(shè)計(jì)中就要給予足夠的考慮；2）不參與結(jié)構(gòu)受力，這時(shí)它就得跟周邊的框架有足夠的隔開、分開，這種設(shè)計(jì)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)有很好的控制，從而避免使框架柱形成短柱而發(fā)生的脆性剪切破壞。

1.3 柱梁的剛度比的影響

在彈性階段，梁和柱的截面在地震作用下可能同時(shí)屈服，當(dāng)梁柱剛度比超過一定值，在水平側(cè)向力作用下，框架柱相對(duì)彎矩增幅會(huì)大于框架梁相對(duì)彎矩增幅，當(dāng)進(jìn)入彈塑性階段以后，框架柱就會(huì)先于框架梁達(dá)到抗彎承載力，結(jié)構(gòu)無法再形成“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制，這時(shí)，就會(huì)發(fā)生在柱端先破壞而出鉸；在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)柱梁的剛度比也應(yīng)該做為一個(gè)重要的考慮因素。

1.4 現(xiàn)澆樓板對(duì)框架梁的承載力及剛度的影晌

樓板對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”的影響在國(guó)外是考慮一定的超強(qiáng)系數(shù)，研究表明，樓板內(nèi)的鋼筋能夠使框架梁的實(shí)際抗彎承載力增大20～30%。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樓板參與結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度分配，它能夠加強(qiáng)梁的抗彎剛度，當(dāng)結(jié)構(gòu)的局部破壞時(shí)樓板會(huì)起到一定的拉結(jié)作用。在現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)中，樓板一般與梁柱現(xiàn)澆，形成一個(gè)相互連接的空間整體，這樣能夠提高框架梁的抗彎承載力以及抗彎剛度。一般情況下，當(dāng)梁端承受正彎矩時(shí)，樓板和框架梁共同組成T型截面，這樣就增加了框架梁的受壓區(qū)寬度，進(jìn)而增加梁端抗彎承載力和抗彎剛度，而當(dāng)梁端承受負(fù)彎矩時(shí)，樓板內(nèi)配筋相當(dāng)于增加了框架梁的負(fù)彎矩筋，也會(huì)顯著增強(qiáng)框架梁的抗負(fù)彎矩承載力。但是在樓板中配筋，必須要考慮樓板內(nèi)與梁肋平行的鋼筋。故在現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中，樓面梁的剛度增大系數(shù)可根據(jù)翼緣的情況取1.3～2.0。

2 “強(qiáng)梁弱柱”震害現(xiàn)象的主要原因

2.1 柱軸壓比限值偏大

當(dāng)遭遇較大地震時(shí)，柱軸力會(huì)進(jìn)一步增大，已基本接近界限軸力的幾層底部框架柱軸壓力可能超過界限軸力而成為小偏壓受力，導(dǎo)致柱抗彎承載力的降低，這不利于強(qiáng)柱弱梁的破壞機(jī)制，所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給軸壓比限值留有足夠的余地，控制軸壓比限值不要過高。

2.2 框架梁跨度和荷載過大

梁的截面尺寸和梁的跨度和荷載是有一定的聯(lián)系的，當(dāng)框架梁跨度和荷載過大時(shí)，梁截面尺寸就增大，使框架結(jié)構(gòu)的剛度比形成強(qiáng)梁弱柱，梁端抗彎承載力也就會(huì)增大，因此在結(jié)構(gòu)布置時(shí)要注意梁的跨度以及梁、柱截面的選擇，應(yīng)使柱的線剛度與梁的線剛度比值大于1，以達(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時(shí)，柱端處于非彈性工作狀態(tài)而沒有曲服，節(jié)點(diǎn)仍處于彈性工作狀態(tài)的目的。

2.3 梁端計(jì)算彎矩與計(jì)算截面不對(duì)應(yīng)

一般框架梁計(jì)算跨度是指兩柱中心線間的距離。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，按彈性方法驗(yàn)算梁端截面裂縫寬度時(shí)，如果存在計(jì)算彎矩與計(jì)算截面不對(duì)應(yīng)的情況，就會(huì)導(dǎo)致梁端計(jì)算彎矩的取值過大，進(jìn)而使得“強(qiáng)柱弱梁”的延性屈服機(jī)制難以實(shí)現(xiàn)。

2.4 梁端截面底部鋼筋配置不合理

由于設(shè)計(jì)習(xí)慣和鋼筋歸并等原因，造成梁配筋的增大，要控制在合理和可以接受的范圍內(nèi)，并確認(rèn)其不會(huì)超過柱端內(nèi)力調(diào)整系數(shù)從而造成強(qiáng)梁弱柱。如果將梁底部鋼筋全部伸入支座內(nèi)，就會(huì)使得梁端截面底部實(shí)際配筋大大超出“強(qiáng)柱弱梁”計(jì)算中對(duì)應(yīng)于梁底彎矩設(shè)計(jì)值的配筋量。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

在進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于不同抗震等級(jí)，柱端設(shè)計(jì)彎矩均應(yīng)按梁端截面實(shí)配鋼筋的抗震受彎承載力進(jìn)行調(diào)整放大，這樣，梁端截面的實(shí)際受彎承載力就不會(huì)比計(jì)算受彎承載力高出好多。應(yīng)適當(dāng)考慮現(xiàn)澆樓板中的板鋼筋對(duì)框架梁端部截面實(shí)際抗震受彎承載力的影響。嚴(yán)格控制梁端截面實(shí)配鋼筋量，對(duì)于支座負(fù)筋不應(yīng)超出計(jì)算值，甚至可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)作適當(dāng)減少。在進(jìn)行梁端截面配筋及裂縫驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮塑性內(nèi)力重分布，同時(shí)采用柱邊緣處的梁端彎矩設(shè)計(jì)值，確保構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算不致給“強(qiáng)柱弱梁”驗(yàn)算增加新的負(fù)擔(dān)。對(duì)于不能完全實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮實(shí)際情況分別用總體失效準(zhǔn)則和局部失效準(zhǔn)則，對(duì)產(chǎn)生梁柱混合鉸屈服機(jī)制的結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

正確考慮樓板對(duì)梁的剛度和承載力的貢獻(xiàn)是保證結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)正確設(shè)計(jì)的前提，“強(qiáng)柱弱梁”不僅能夠避免結(jié)構(gòu)形成同層所有柱端均出現(xiàn)塑性層側(cè)移，還能夠使框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下形成具有較好抗震性，是實(shí)現(xiàn)梁鉸機(jī)制的重要結(jié)構(gòu)措施，是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的一項(xiàng)關(guān)鍵控制措施。

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