强震下钢筋混凝土框架结构强柱弱梁的探讨

王志鑫（滨州学院 建筑工程系）

强震下钢筋混凝土框架结构强柱弱梁的探讨

王志鑫
（滨州学院 建筑工程系）

随着世界各地地震频发，尤其是高烈度地震的发生，对钢筋混凝土框架结构在超设防烈度下的受力性能的研究越来越得到重视。很大一部分混凝土框架结构的破坏是因为柱端先于梁端出现塑性铰，而这会引起结构的整体倒塌，本文分析了强震下强柱弱梁不能实现的原因。

钢筋混凝土框架；强震；强柱弱梁

0 引言

近年来，世界各地地震频发，并且发生了智利地震（里氏8.8级），海地地震（里氏7.0级），汶川地震（里氏8.0级），新西兰地震（里氏7.8级）等多次特大地震， 2011年3月11日，日本当地时间14时46分，日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸，造成重大人员伤亡和财产损失。在抗震研究过程中，学者专家也开始更加关注强震下混凝土框架的受力性能，以及如何保证强震下，按现有理论设计的框架结构能够更好更完美的达到预期的设计目标。

1 钢筋混凝土框架震害现状

框架结构震害包括结构的整体倒塌、部分倒塌、薄弱层倒塌、底层柱的柱顶和柱底的弯曲破坏、短柱的剪切破坏．框架梁端的弯曲破坏，异形柱端破坏等等；此外原先抗震设计时不被注意的楼梯出现受拉破坏，有的甚至被拉断；填充墙是框架结构破坏严重的非结构构件；围护结构的破坏。

2 强震下强柱弱梁不能实现的原因

我国规范通过一系列抗震措施来保证按多遇地震设计的钢筋混凝土框架结构在强震下的受力性能，并提出了“小震可修，中震不坏，大震不倒”的设防原则，而“强柱弱梁”是一项重要的控制措施。然而，随着近年来，特大地震的发生，通过对强震下框架结构受力性能的研究发现，框架结构在超设防烈度下，发生破坏的一个很重要原因是“强柱弱梁”不能按照设计的预期目标实现，在遭遇到强震时，会首先产生柱铰甚至是完全按柱铰机制破坏，由此引起了结构的整体破坏，给生命和财产安全造成了重大威胁。

强柱弱梁不能完美实现的原因有：

2.1 梁端实际抗弯能力超强

2.1.1 构造原因造成的梁端钢筋超配

工程实践中，与框架梁平行的一定宽度范围内的现浇板板筋起到参与抵抗支座负弯矩的作用，梁端抗负弯矩能力比原设计值增大，甚至会出现端部钢筋超筋，混凝土规范规定应考虑有效翼缘宽度的影响；跨中钢筋通长，梁下部钢筋伸入梁两端支座，导致梁端抗正弯矩能力增大；跨中钢筋通长，弯矩较小一端的梁下部钢筋超过设计值；规范规定，框架梁梁端截面的底部和顶部纵向受力钢筋截面面积的比值，一级抗震等级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3，梁端下部纵向钢筋超配；抗震设计时，梁下部受拉纵筋由最小配筋率控制时易产生超配；工程实践中，梁上部纵筋贯通布置，易导致弯矩较小一侧的梁端上部钢筋超配。

2.1.2 人为原因造成的梁端钢筋超配

工程设计阶段，为保证安全富余度，设计人员通常加大构件控制截面的计算配筋。但是，只增大梁端配筋，或者柱端配筋的增大比例不如梁端配筋时，会增大梁的实际抵抗玩具的能力，不利于强柱弱梁的保证，会出现柱端屈服，先产生柱铰的情况。

2.1.3 梁筋和柱筋进入屈服后状态程度的差异

梁纵筋采用短屈服平台或者无屈服平台的钢筋时，在柱端先屈服出现塑性铰的设计前提下，梁铰中的纵筋将可能在一定程度上进入强化段。采用长屈服平台的钢筋时，即使梁端塑性铰充分转动，但梁中纵筋应变可能仍未进入强化段。

2.1.4 材料强度离散性

工程材料强度通常存在离散型，由于这种不确定性，就会存在梁筋刚度偏高而柱筋强度偏低的情况，从而导致梁端抗弯能力增强，柱铰先于梁铰产生。

2.1.5 重力荷载组合控制时梁筋超配

某些抗震设防烈度较低的地区，荷载组合过程中，梁端及跨中纵筋受重力荷载起控制作用，由于跨中下部纵筋通长伸入支座，这导致梁端下部钢筋亦由重力荷载为主的组合控制。从而梁端上、下部实际钢筋用量超过地震作用组合控制的的钢筋用量。

2.2 结构动力导致的柱端弯矩增大或抗力减小

1)结构动力反应过程中，内力重分布导致柱反弯点位置的变化，柱两端弯矩比以及节点处柱端弯矩比随之产生变化，可能导致柱端弯矩超过其设计弯矩；

2)框架柱轴力受地震作用的影响，地震烈度越高，柱轴力会产生较大变化，边柱及角柱更为明显，当柱轴力变小且处于大偏压时，其截面抗弯能力将会减小。

2.3 地震动具有随机性，梁柱抗弯承载力比受其影响。

2.4 其他影响因素，如结构分析模型与实际情况不吻合，小震计算与大震下“强柱弱梁”机制的差异、工程材料强度的随机性、结构几何尺寸效应、结构荷载的不确定性，以及填充墙等非结构构件的影响等。

3 结语

通过对近几年地震的发生后的震害统计和调查发现，很大一部分混凝土框架结构的破坏是因为柱端先于梁端出现塑性铰，而这会引起结构的整体倒塌。正如前文中讨论的那样，强柱弱梁在实际过程中不能实现，是由各种或是构造，或是人为原因造成的，因此，我们应该针对这些原因，采取具体的措施，来降低这些原因的影响，使实际结构能够按照预期设计的强柱弱梁来实现，而这也是现在研究的热点。

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G322

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1007-6344（2016）04-0288-01

滨州学院青年人才创新工程项目（BZXYQNLG201401）；滨州学院服务地方项目（BZXYFB20140803）

王志鑫，男，助教，主要从事工程结构抗震及防灾减灾研究