強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件地概念

1、實用標準文案如何理解“強柱弱梁？1,1, “強柱弱梁的本質(zhì)指梁柱節(jié)點處,柱端實際受彎承載力大于梁端實際受彎承載力.2,2,為什么要保證“強柱弱梁？由于框架結(jié)構(gòu)的變形水平與其破壞機制有很大的關(guān)系.研究說明：梁先屈服,即梁端先出現(xiàn)塑性錢,可使整個框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的內(nèi)力重分布,從而增強結(jié)構(gòu)的耗能水平和極限層間位移,抗震性能較好.假設(shè)柱先屈服,那么可能使整個結(jié)構(gòu)變成幾何可變體系,造成結(jié)構(gòu)倒塌.3,3,怎樣保證“強柱弱梁？一般采用增大柱端彎矩設(shè)計值的方法框架抗震等級為一、二、三級時,柱端彎矩增大系數(shù)分別取 1.41.4、1.21.2、1.11.1,PKPMg,PKPMg 序自動考慮這一規(guī)定.4,4,哪些

2、因素導(dǎo)致無法準確實現(xiàn)“強柱弱梁？1結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時考慮了樓板的約束作用梁截面為 T T 形,PKPWPKPW 以邊梁和中梁的剛度放大系數(shù)來考慮 ,但梁的承載力設(shè)計時仍以矩形截面來配筋,并沒有考慮樓板的約束作用,低估了梁的承載水平.實際應(yīng)該這樣處理： 按 T T 形截面進行的內(nèi)力分析,就應(yīng)根據(jù)所得的承載力按 T T 形截面進行配筋；或者將按 T T 形截面進行內(nèi)力分析后所得的承載力除以梁剛度放大系數(shù),然后按矩形截面進行配筋.2梁端配筋采用的是柱中線處的內(nèi)力,而實際上應(yīng)該采用柱邊的內(nèi)力,而柱中線處的內(nèi)力比柱邊的內(nèi)力大約 20%20%實際上增加了梁端的配筋.由于設(shè)計習慣和鋼筋需要歸并等原因造成梁配筋的

3、增大.如何理解“強剪弱彎？1,1,“強剪弱彎的本質(zhì)指梁、柱和剪力墻底部的斜截面實際受剪承載力大于實際受彎承載力.2,2,為什么要保證“強剪弱彎？由于彎曲破壞是延性破壞,有一定的征兆,如裂縫、撓度等；而剪切破壞是脆性破壞,沒有任何預(yù)兆忽然破壞.所以要保證構(gòu)件在發(fā)生彎曲破壞前不產(chǎn)生剪切破壞.3,3,怎樣保證“強剪弱彎？一般采用增大梁端、柱和剪力墻剪力增大系數(shù)的方法框架抗震等級為一、二、三級文檔實用標準文案時,梁端剪力增大系數(shù)分別為 1.31.3、1.21.2、1.11.1; ;柱剪力增大系數(shù)分別為 1.41.4、1.21.2、1.11.1; ;剪力墻抗震等級為一、二、三級時,剪力墻剪力增大系數(shù)分別

4、為 1.61.6、1.41.4、1.21.2.PKPMgPKPMg 序自動考慮這一規(guī)定.具體配筋時,可采取以下舉措來盡量保證“強剪弱彎：1 1,增大箍筋直徑,減小箍筋間距.2 2,必要時,某些構(gòu)件的箍筋可全長加密,如連梁、短柱等.3 3,主次梁交接處,設(shè)置附加箍筋和彎起鋼筋.如何理解“強節(jié)點弱構(gòu)件？1 1,“強節(jié)點弱構(gòu)件的本質(zhì)指節(jié)點區(qū)域的實際承載力大于構(gòu)件的實際承載力.2 2,為什么要保證“強節(jié)點弱構(gòu)件？由于節(jié)點失效,與之相連的梁柱等構(gòu)件全部失效,結(jié)構(gòu)也坍塌失效.3 3, ,如何保證“強節(jié)點弱構(gòu)件？一般通過構(gòu)造舉措來解決,如規(guī)定梁縱筋的錨固長度、錨固形式等,詳見?混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準?10.41

5、0.4 節(jié)梁柱節(jié)點.梁的延性靠的是箍筋,箍筋約束混凝土,可延長混凝土從受壓到破壞的時間.地震時產(chǎn)生的水平剪力主要靠箍筋來承當,這也是需要提升延性時采用箍筋加密的根本原因.而梁的縱筋主要用來承當豎向荷載產(chǎn)生的彎矩.梁的底面和頂面縱筋的比值是用來提升梁端的塑性轉(zhuǎn)動水平,不是梁延性的主要限制因素.“強梁弱柱破壞分析抗震設(shè)計中,“強柱弱梁、“強剪弱彎、“強節(jié)點弱桿件一直是各國抗震標準所強調(diào)的,但汶川地震的實際情況不容樂觀.實現(xiàn)“強柱弱梁,現(xiàn)行標準存在缺乏.葉列平等2 2就“強柱弱梁未能實現(xiàn)的原因提出諸多觀點, ,認為出現(xiàn)這一破壞現(xiàn)象的原因有：填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響；樓板對框架梁的承載力和剛度增大的影

6、響；框架梁跨度和荷載過大,使梁截面尺寸增大,梁端抗彎承載力增大；!梁端超配筋和鋼筋實際強度超強；？柱軸壓比限值規(guī)定偏高,柱截面尺寸偏小；#柱最小配筋率和最小配箍率偏小；？大震下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與結(jié)構(gòu)彈性受力狀態(tài)存在差異；%梁柱可靠度的差異.文檔實用標準文案現(xiàn)階段而言,應(yīng)主要考慮以下幾個方面的因素.1.1. 1 1 填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響填充墻作為框架結(jié)構(gòu)的重要組成局部,主要起圍護作用,而不作為受力構(gòu)件存在.但其存在不可預(yù)防地影響 Z Z 構(gòu)受力性能：結(jié)構(gòu)錯層處、樓梯、窗下等部位,填充墻使框架長柱變成短柱,發(fā)生剪切破壞；同一樓層間填充墻位置、數(shù)量的變化,在水平方向改變結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度分布,從而改變地震

7、內(nèi)力的分布；不同樓層間填充墻位置、數(shù)量的變化,在豎直方向改變層間剛度分布,形成“薄弱層,最終導(dǎo)致“層屈服機制的出現(xiàn).現(xiàn)行抗震標準3 3第 3.7.3.7.4 4 條規(guī)定：圍護墻和隔墻應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響, ,預(yù)防不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞,但未給出如何考慮填充墻對結(jié)構(gòu)抗震不利影響的具體方法.工程計算中常采用考慮非承重墻剛度對結(jié)構(gòu)自振周期的折減系數(shù) T T 來調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振周期, ,從而影響地震力的計算,這事實上是遠遠不夠的.筆者通過有限元程序分析一典型框架結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)尺寸及布置如圖 2,2,底層層高 3.3.9 9m,m,其余為 3.3m,3.3m,共 1010 層,梁、板混凝土強度等

8、級為 C3C3.柱為C35)C35)不同填充墻材料、不同空間布置時,在 TaftTaft 地震波、日-Centro-Centro 地震波和廣州人工波作用下的結(jié)構(gòu)地震反響,認為：(1)(1)填充墻材料性質(zhì)造成其自身剛度的不同, ,隨填充墻自身剛度減小, ,對框架抗側(cè)剛度的奉獻減小,依次是標準醇、空心磚、加砌混凝土砌塊,但即使采用低強度砌塊,填充墻剛度對框架結(jié)構(gòu)的影響也不能完全忽略.(2)(2)結(jié)構(gòu)同一層隨隔墻數(shù)量增加, ,周期減小,結(jié)構(gòu)剛度變大, ,層間剛度突變越來越不明顯, ,當上下層的隔墻布置僅有少量差異時,結(jié)構(gòu)周期非常接近,影響很小.(3)(3)令樓層填充墻截面面積與其上相鄰一層填充墻截面

9、面積之比為 w w, ,當某層 w w45%45%時,應(yīng)將該層視為“薄弱層.為保證有足夠的平安度, ,實際設(shè)計過程中, ,建議 w w 不低于 60%60%.文檔實用標準文案(4)(4)“薄弱層在底層時, ,對結(jié)構(gòu)整體性能影響最大, ,地震力作用下底層發(fā)生破壞的可能性最大；“薄弱層往頂層移動,只在“薄弱層位置處位移增大,剛度突變,上下層剛度比增加,但與其上相鄰三層剛度均值之比卻在減小,剛度比不滿足標準要求；“薄弱層在頂層時,對結(jié)構(gòu)整體影響最小.(5)(5)“薄弱層填充墻的數(shù)量及其在樓層中的位置是影響自振周期計算的兩個主要原因；隨“薄弱層位置不同,填充墻對框架抗側(cè)剛度的參與率不同,隨高度增加而有

10、所減小,建議標準提出考慮填充墻影響的框架抗側(cè)剛度計算模型.1.21.2樓板對框架梁承載力及剛度的影響框架結(jié)構(gòu)中, ,樓板與梁共同澆注, ,實際參與梁的受力,一定程度上提升了框架梁的抗彎剛度和承載力.影響現(xiàn)澆樓板對框架梁增強作用程度的主要因素有節(jié)點類型、橫向梁剛度以及側(cè)向位移值4 4.樓板內(nèi)的鋼筋會使框架梁的實際抗彎承載力增大 20%-30%,20%-30%,甚至有些情況下會增大近 1 1 倍5 5.但結(jié)構(gòu)設(shè)計中僅考慮樓板對框架梁抗彎剛度的提升, ,將中梁和邊梁的剛度按原框架梁矩形截面剛度乘 2.2.0 0 或 1.1.5 5 的增大系數(shù).此做法雖然增大了梁端彎矩,但同時亦增大了梁的配筋,且樓板

11、鋼筋的作用未計入.因此,要真正實現(xiàn)“強柱弱梁的設(shè)計目標,必須考慮樓板有效翼緣寬度范圍內(nèi),梁受到的增強作用, ,并將其等效為 T T 形或者形梁進行設(shè)計計算.1.31.3柱軸壓比的影響文獻3 3規(guī)定,框架結(jié)構(gòu)柱的軸壓比限值在 0.70.70.0.9 9 之間,隨抗震等級提升而減小.與日本標準相比, ,我國標準的軸壓比要大很多, ,是其 2 23 3 倍.軸壓比限值越高, ,柱的截面允許尺寸就越小.這一做法雖然能夠滿足使用空間大、美觀經(jīng)濟的要求,但減小了平安儲藏同時降低了梁柱線剛度比,使得“強柱弱梁機制難以實現(xiàn).2 2 抗震標準對“強柱弱梁的考慮現(xiàn)行抗震標準對“強柱弱梁的考慮主要通過調(diào)整梁端柱端彎

12、矩的比值來限制.由于地震的復(fù)雜性、樓板的影響、鋼筋屈服強度的超強,難以通過精確的計算真正實現(xiàn)“強柱弱梁.文檔實用標準文案標準最新修訂稿 6 6 即送審稿對上述條款作了適當調(diào)整, ,提升了框架結(jié)構(gòu)的柱端彎矩增大系數(shù),從原先的(c)KQmK(bift幺MU“一級取 1.41.4、二級取 1.1.2 2、三級取 1.11.1,提升到“一級取 1.71.7、二級取 1.1.5 5、三級取 1.1.3;3;其他結(jié)構(gòu)類型中的框架, ,一級取 1.41.4、二級取 1.1.2 2、三、四級取 1.1.1 1.為了預(yù)防底層柱底過早出現(xiàn)塑性屈服, ,對原先的“一、二、三級框架結(jié)構(gòu)的底層, ,柱下端截面組合的彎矩

13、設(shè)計值, ,應(yīng)分別乘以增大系數(shù) 1.1.5 5、1.1.2525 和 1.151.15, ,提升到“一、二、三、四級框架結(jié)構(gòu)的底層, ,柱下端截面組合白彎矩設(shè)計值, ,應(yīng)分別乘以增大系數(shù) 1.1.7 7、1.1.5 5、1.1.3 3 和 1.1.2 2 同時指出, ,要真正實現(xiàn)“弓IIII 柱弱梁,除了按實際配筋計算外, ,還應(yīng)計入梁兩側(cè)有效翼緣范圍樓板鋼筋的影響.所以送審稿雖在一定程度上加大了框架柱的配筋量,但能否真正實現(xiàn)“強柱弱梁, ,尚存在疑問.送審稿文獻6 6同時修改了框架結(jié)構(gòu)的抗震等級確定條件, ,將文獻3 3中以 3030m m 為界限區(qū)分不同設(shè)防烈度區(qū)域的抗震等級, ,改為以

14、2424m m 作為界限高度；并將柱軸壓比限值, ,從原先的一級取 0.0.7 7、二級取 0.0.8 8、三級取 0.0.9,9,降低為一級取 0.0.6565、二級取 0.0.7575、三級取 0.0.8585.這對 24243030m m 高的框架結(jié)構(gòu)來講, ,承載力得到較大提升, ,同時,柱軸壓比限值的減小一定程度上提升了柱的承載力和剛度.此外,送審稿從“強剪弱彎角度出發(fā), ,提升了柱剪力增大系數(shù)：由原先的一級取 1.41.4、二級取 1.1.2 2、三級取 1.1.1,1,提升到一級取 1.1.5 5、二級取 1.1.3 3、三級取 1.1.2 2.“強柱弱梁破壞機制的實現(xiàn)受到眾多實

15、際因素的制約,必須進一步研究填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對梁柱剛度的影響并表到達設(shè)計計算中去；必須進一步研究現(xiàn)澆樓板對梁剛度和承載力的影響,并在實際設(shè)計中予以考慮；還需要更為嚴格地限制柱的軸壓比,以提升柱的剛度至合理范圍.建筑抗震標準送審稿雖然提升了柱的彎矩增大系數(shù)和剪力增大系數(shù),同時降低了判別框架結(jié)構(gòu)抗震等級的界限高度, ,使柱承載力得到提升.算例柱的抗彎承載力提升 10.10.8%8%33.33.1%,1%,抗剪承載力提升 11.11.1%1%19.19.3%,3%,但仍“只在一定程度上減緩柱端的屈服.在柱承載力提升的同時, ,結(jié)構(gòu)造價有所提升,總造價增加 19.19.9%9%左右.保證強柱弱梁、強

16、剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件的概念設(shè)計為了保證強柱弱梁,強剪弱彎,強節(jié)點弱構(gòu)件的抗震設(shè)計概念,設(shè)計中應(yīng)滿足如下要求：實配柱縱筋和箍筋時,應(yīng)考慮梁翼緣板的作用和梁裂縫寬度驗算或超配而增加梁縱筋的影響.對于大跨度的框架結(jié)構(gòu),框架柱的線岡 I I度須大于框架梁的線剛度的 1.11.1 倍.文檔實用標準文案高層建筑結(jié)構(gòu)柱的最小截面不應(yīng)小于 350X400,350X400,且須滿足梁鋼筋的水平錨固的要求.(4)(4)框架柱縱向鋼筋的最小配筋率,應(yīng)比?建筑抗震設(shè)計標準?規(guī)定的最小配筋率提升0.2%,0.2%,框架柱縱向鋼筋直徑宜1616mmmm.對于底層空曠(如架空層、商場、騎樓等),二層以上框架之間有砌體的框架

17、建筑,須考慮二層以上砌體的側(cè)面剛度,底層應(yīng)布置適量的剪力墻或支撐,限制底層和二層的剛度比,底層豎向構(gòu)件地震剪力應(yīng)乘以 1.151.15 的放大系數(shù).(6)(6)剪力墻豎向分布鋼筋直徑應(yīng)10mm,10mm,剪力墻邊緣構(gòu)件(暗柱)鋼筋直徑應(yīng)1414mmmm汶川地震震害說明,結(jié)構(gòu)柱底或柱頂破壞嚴重,未能表達強柱弱梁、強剪弱彎的設(shè)計概念,由于梁翼緣板和梁裂縫寬度驗算增加的梁縱筋的作用,低估了梁端的承載力,相對高估了柱端承載力,因此在實配柱縱筋和箍筋時,應(yīng)考慮這局部梁縱筋的影響：柱增加的單向縱筋和箍筋可按以下簡化計算確定：柱增加的單邊縱筋：&=學令*性增加的播筋：丁；一一其中.憶此+腹:丁四小,

18、*HH4一一鴕算裂縫寬度或考慮梁翼緣板增加的銅筋；九一一梁縱向鋼筋的強度設(shè)計值；4一一柱縱向鋼筋的強度設(shè)計值；一一柱箍筋的強度設(shè)計值；.梁截面有效高度；.%任截面有效高度；w*住的凈高；“文檔實用標準文案為了減輕設(shè)計人員的工作量,可按以下方法配筋：(a)(a)考慮梁翼緣板的影響時,柱縱筋單邊增加 3 3(二級鋼),柱箍筋增加量對于小截面框架柱(高度),在箍筋間距 200200 情況下,單邊增加 0.5030.503(即一級鋼) )；對于框架柱截面高度大于,柱箍筋可不增加.(b)(b)考慮梁裂縫寬度驗算或超配影響時,柱縱筋單邊增加 50%AgbAgb50%AgbAgb 為驗算裂縫寬度或超配增加的

19、梁面支座鋼筋.柱箍筋應(yīng)計算其增加量.一般情況下,由于有板的有利作用,無須再增加梁支座鋼筋的數(shù)量.對于大跨度的框架結(jié)構(gòu),規(guī)定了柱截面的最小尺寸,由于梁跨度大,梁截面和梁跨中底筋較大,梁底筋全部伸入柱內(nèi),也形成了強梁.因此框架柱的截面和配筋也應(yīng)滿足強柱弱梁的設(shè)計概念.對于 4-6.8m4-6.8m 跨度的高層框架剪力墻結(jié)構(gòu),根據(jù)標準的軸壓比要求設(shè)置柱截面,截面尺寸偏小,有些可到達 350X350350X350mm,mm,需限制最小的截面尺寸,且還須滿足梁的縱筋的水平錨固要求；(4)(4)柱縱向鋼筋按標準最小配筋率配制鋼筋時,柱鋼筋直徑偏小,很多工程采用1414 鋼筋即可到達要求；設(shè)計時未考慮梁翼緣板對梁端承載力提升,不能滿足強柱弱梁的設(shè)計概念,因此規(guī)定柱最小的配筋率和直徑的最小值.文檔實用標準文案由于笠糕殿麻勒的雕對于底層空曠(二層以上框架之間有砌體)的建筑,底層結(jié)構(gòu)柱在汶川地震震害非常嚴重,震害說明,二層以上砌體對側(cè)向剛度奉獻還是很大的,這會造成底層和二層以上的剛度比相差較大,底層存在軟弱層,設(shè)計時需考慮上、下層剛度的差異,