浅谈建筑结构中的强柱弱梁设计

2012-04-10郭春阳

河南建材 2012年2期

吴铮郭春阳王越

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

0 概述

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。按照多层钢筋混凝土框架柱抗震概念设计的要求，结构应具有多道抗震防线，其中的一个原则是“强柱弱梁”。所谓“强柱弱梁”就是柱子不先于梁破坏，梁的破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏则危及整个结构的安全。由于“强梁弱柱”型框架结构的底层柱上下端出现塑性铰,将迅速导致结构的倒塌；反之，“强柱弱梁”型框架结构，在全部梁端出现塑性铰并迫使结构底部也出现屈服变形时，结构才会破坏。

1 影响强柱弱梁的因素

1）柱轴压比的影响。现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。在地震过程中,轴压比过高容易造成柱压溃破坏，适当控制轴压比对实现强柱弱梁机制是非常有益处的。

2）梁计算中楼板的影响。在结构设计中一般都是不考虑楼板参与整体计算，大部分情况下是直接将荷载倒算的梁上，而在计算水平荷载(地震与风荷载)的时候考虑楼板对梁刚度的提高作用,用一个中梁(边梁)刚度放大系数来考虑楼板的作用，但计算梁配筋的时候又只考虑矩形截面，这样一来形成了本来是T形梁承受荷载，钢筋计算却完全集中在矩形截面中。

3）填充墙对结构刚度的影响。在实际工程中很多围护结构是砌体墙，而地震作用下砌体墙与梁一起运动，无疑对梁有一个较大的加强作用。而柱子一般情况下额外承受砌体墙与梁共同作用产生的剪力，这对抗震规范“强梁弱柱”机制的实现是个很大的挑战。对墙体较多的框架结构，填充墙在建筑中大多分布不均匀，易造成框架结构刚度中心较大偏离计算模型中的刚度中心，结构计算时仅仅进行周期折减是不能完全考虑其对框架的真实影响。

4）裂缝计算加大了梁端的抗弯能力。不合理的裂缝计算加大了梁端配筋面积，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，抗震调幅与梁端裂缝挠度计算的矛盾，对“强柱弱梁”机制实现增加了新的负担。

2 结构计算参数的选取

计算中应严格按照地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值。框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全,因而应对结构的计算周期进行折减。折减系数可根据填充墙的材料及数量按规范选取。SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑楼板形成T形截面而引起梁刚度增大，计算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大,放大系数中梁取2.0，边梁取1.5为宜。计算中应考虑楼梯构件的影响。SATWE软件计算中，框架柱的角柱在特殊构件定义里面一定要设定，否则引起框架柱的角柱配筋不足。

3 现浇框架柱、梁、板的混凝土强度等级的问题

钢筋混凝土框架结构中，设计时从构件的结构重要性和受力特征、经济上来看，往往把梁、柱、板的混凝土采取不同的等级，但从实际情况看，弊多利少，容易出现下列问题:

1）浇筑平面内出现三种强度等级的混凝土，增加了施工难度，延长了施工工期，而且很可能由于施工管理不善，会出现低强度等级的板浇筑了高强度混凝土，而高强度等级的梁或结点处浇筑了低强度混凝土，造成了质量隐患。

2）会造成一块楼板上四周设置施工缝、梁端部设置施工缝等不正确的施工工艺，处理不当，不但增加施工难度，而且造成质量隐患。

因此，设计时应注意:现浇框架的梁、柱和板的混凝土应尽量采用统一的强度等级，以简化施工工艺，保证施工质量;不能统一时，可以柱采用一种混凝土强度，梁和板采用另一种混凝土强度,只在结点处采用特殊措施，比如用铁丝网等办法，以保证结点处混凝土等级与柱的混凝土强度一致。

4 设计构造方面的问题

梁端截面的底面和项面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。对于宾馆、办公楼等有长短跨梁的建筑，短跨负筋小，长跨负筋大，可以采用长短跨负筋分别配筋的方法解决比值不满足的问题。

框架柱配筋构造措施:1）楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯此处的柱可能成为短柱，当形成短柱时箍筋全长加密。2）对框架结构外立面为带形窗或设置空调洞时，因设置连续的窗过梁，使外框架柱成为短柱时箍筋全长加密。3）一级及二级框架的角柱箍筋应全长加密。一级及二级框架柱非加密区箍筋间距不应大于l0倍纵向钢筋直径。

总之，影响“强柱弱梁”实现的因素很多，综合考虑各种因素，合理的计算及设计方法，尚需在工程实践中不断补充和完善。