钢筋混凝土框架结构设计中强柱弱梁的分析研究

2013-08-15王方亮邓长军

四川水力发电 2013年2期

王方亮，邓长军

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

随着我国水电事业的发展和城市工业化进程的加快，大量的钢筋混凝土框架结构应用于水电站、城市基础和工业设施建设。通过对2008年5.12汶川特大地震灾后情况分析看，虽然钢筋混凝土框架结构具有结构布置规则、使用灵活等特点，但其整体结构抗侧刚度较小，建筑物发生填充墙开裂破坏，框架梁柱节点破坏，柱端形成塑性铰等震害特征。笔者以下着重介绍了关于强柱弱梁的机制、影响强柱弱梁的因素并提出了相应的结构设计建议。

2 强柱弱梁机制

强柱弱梁是指节点处柱端实际抗弯承载力大于梁端实际抗弯承载力，以保证在遭遇大震时框架结构的塑性铰发生在框架梁梁端而不发生在框架柱柱端，以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。

强柱弱梁是从结构抗震设计角度提出的结构概念。即柱子不先于梁破坏;梁破坏属于构件破坏，是局部性的;而柱子破坏将危及整个结构的安全，导致整体倒塌，后果严重。

根据我国《建筑抗震设计规范》，结构抗震承载力是依据多遇地震作用下考虑作用效应分项系数和材料强度分项系数后并通过罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形计算确定的。而在罕遇地震作用下，结构承载力相对不足，需通过结构的塑性变形耗能来弥补。试验研究表明:梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移增大，抗震性能较好。

3 影响强柱弱梁的主要因素

(1)实际工程中，很多围护结构是填充墙，由于填充墙的存在，使得结构在早期弹性阶段会有很大的刚度，吸收了很大的地震力。都江堰某办公楼填充墙采用空心砖砌筑，外部填充墙局部坍落，内部填充墙成X 型破坏，顶部断裂，破坏严重。但该填充墙起到了第一道抗震防线作用，保证了主体结构免受破坏。但填充墙具有一定的刚度和承载力，填充墙的布置很可能使框架柱实际剪跨比减小而成为短柱，易形成脆性剪切破坏。

(2)在结构设计中，一般不考虑楼板参与整体计算，而是直接将荷载倒算在梁上，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仅考虑矩形截面，这就形成了本来是T 形梁承受荷载，而钢筋计算却完全集中在矩形截面中的情况。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，但研究和设计措施相对滞后。

(3)梁端负弯矩是影响强柱弱梁的重要因素，梁端负弯矩越大，对框架柱的要求越高，因此，适当降低梁端负弯矩数值，对强柱弱梁的设计具有积极意义。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意义。

(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。同时加大了梁端配筋、抗震调幅与梁端裂缝挠度计算的矛盾，对强柱弱梁机制的实现增加了新的负担。

(5)梁端实配钢筋直接影响梁端受弯承载力，因此，合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。

(6)梁柱刚度比过大，易导致强柱弱梁机制难以实现。