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【強柱弱梁】一個(gè)在大震中才會(huì )體現的抗震理念

發(fā)布時(shí)間:2021-09-07
閱讀人數:377

強柱弱梁是一個(gè)從結構抗震設計角度提出的結構概念。要求結構柱子的承載力大于梁的承載力,必須是柱子不先于梁破壞,因為梁破壞屬于構件破壞,是局部性的,柱子破壞將危及整個(gè)結構的安全——可能會(huì )整體倒塌,后果嚴重。

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從以上照片可以看出強梁弱柱的危害確實(shí)很大,而這些危害也會(huì )影響到人在地震時(shí)逃生的時(shí)間和通道的問(wèn)題,在柱子倒塌的情況下,人們逃生的機會(huì )也就變得渺茫。


其實(shí)強柱弱梁從性能化角度來(lái)分析是屬于構建層面的范疇,直接影響了結構整體的安全性。而在抗震三水準(大震不倒,中震可修,小震不壞)中只有大震時(shí)候才能夠體現到這一點(diǎn),但不論大震、中震還是小震都應該滿(mǎn)足強柱弱梁的這個(gè)要求,也就是說(shuō),柱子必須晚于梁出現塑性鉸。再基于抗震的三種方法(強剪弱彎、強柱弱梁、強節點(diǎn)弱構件)從概念角度分析,強柱弱梁是很科學(xué),但從以上照片中可以看得出在實(shí)際應用中并不很理想。

在上圖中,左圖是梁先出現了塑性鉸,梁通過(guò)出現塑性鉸來(lái)耗散地震力,來(lái)確保結構的安全,柱子晚于梁出現塑性鉸,這樣結構雖會(huì )產(chǎn)生局部的破壞,但結構整體的安全性還是有所保障。右圖中底層柱子出現了塑性鉸,但梁并沒(méi)有受到破壞,這種機構在地震水平力作用下就很容易出現倒塌,所以我們要做的就是實(shí)現左圖這樣的理念。

這里我們引出以下兩個(gè)公式

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我們也都清楚結構的穩定離不開(kāi)力學(xué)的支持,那么我們也可以說(shuō)其本質(zhì)也就是柱子和梁之間力的對抗。首先,第一個(gè)公式指的是柱子的彎矩之和必須大于梁的彎矩只和,第二個(gè)指的是柱子的抗剪能力必須大于梁的抗剪能力,這樣才能確保柱子晚于梁之后出現破壞。那要實(shí)現強柱弱梁,就必須使柱子極限抗承載能力大于梁的極限抗承載能力。


在抗震設計中,除頂層、柱軸壓比小于0.15及框支梁柱節點(diǎn)外,框架的梁、柱節點(diǎn)處考慮地震作用組合的柱端彎矩設計值應符合下列要求:

1.?一級框架結構及9度時(shí)的框架應滿(mǎn)足柱子的彎矩之和等于1.2倍的梁的實(shí)際承載能力,即:∑Μc=1.2∑Mbua

2.其他情況下可參考:∑Μc=ηc∑Μb


下面我們截取了上面兩個(gè)要求的規范部分,大家可以參照作為補充:

綜上,我們認為本質(zhì)上的實(shí)現強柱弱梁就該按照6.2.1-1條來(lái)驗算,也就是只有真實(shí)的受力鋼筋參與后才能真正映梁和柱的相對承載能力的大小,必須按考慮受力鋼筋以后的承載力做為梁與柱的比較,而不是梁與柱計算出來(lái)的數值做以比較。若只是把梁的彎矩或者剪力放大若干倍以后來(lái)作為柱子的承載力的計算,這樣的做法還是欠妥。


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1.??軟件因素:設計過(guò)程中通??紤]樓板對梁剛度的貢獻,放大1.5~2倍,使梁端彎矩相應增大,但所增加的配筋全部配置在梁內,樓板仍按自身受力另外配筋。

2.??計算強柱弱梁時(shí),沒(méi)有考慮樓板鋼筋的影響。

3.??沒(méi)有考慮剛域影響。梁端配筋按照柱中心線(xiàn)位置彎矩配筋,使得配筋大于實(shí)際受力所需。

4.??設計人意識問(wèn)題:梁出現超配,梁頂部及底部鋼筋按照計算所需再人為放大。

5.??填充墻設置,使得柱剪跨比減小,形成短柱。同時(shí)砌體填充墻與梁底部強連接,客觀(guān)上加強了梁剛度,使梁更難先于柱進(jìn)入塑性。


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6.裂縫計算,按照單筋矩形梁計算,未考慮受壓區配筋作用,未考慮受拉區樓板參與工作。導致梁依據裂縫控制時(shí)配筋較大。

7.結構剛度突變,形成薄弱層。


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1.??考慮樓板翼緣內配筋影響,考慮剛域,梁端彎矩調幅。

2.??梁底鋼筋不必全部伸入支座(參G101-1圖集),部分配筋在計算不需要處截斷,減少梁端頭部富余的配筋,提高節點(diǎn)延性。


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3.填充墻與梁、柱連接盡量采用柔性連接或采取措施減少對梁、柱剛度影響。盡量采用輕質(zhì)隔墻

4.控梁端鋼筋超配,荷載、跨度較常規時(shí),可不按裂縫計算結果配筋(大跨度梁校核撓度及裂縫)

5.梁配筋時(shí),采取“上筋不多,下筋不少,總量控制的原則”


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6.考慮框架柱柱端彎矩放大系數,適當降低柱軸壓比,適當提高柱配筋。

7.優(yōu)化結構體系,采用二道防線(xiàn)設計思想,采用框剪或剪力墻等抗震能力更好的結構體系。

8.避免結構剛度突變,特別如底框混凝土結構、框架結構(首層大開(kāi)間,二層以上填充墻較多)、首層層高較大等情況。


總而言之,強柱弱梁就是一個(gè)抗震理念,為了更好地抗震,顯而易見(jiàn),目前我們的建筑對這一點(diǎn)做的并不是很理想。要保證“強柱弱梁”,首先把承載力調整系數改回到提高材料強度上來(lái);其次,要保證梁端出現塑性鉸以后柱端的安全。但考慮到影響結構實(shí)現強柱弱梁設計機制的因素很多,所以,在實(shí)際設計時(shí)必須做好有效的設計控制,消除軟件缺陷、計算方法等因素的影響,更好地實(shí)現結構強柱弱梁機制。


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