文档介绍：Hessen was revised in January 2021
强柱弱梁强剪弱弯强节点弱构件的概念
如何理解“强柱弱梁”
1，“强柱弱梁”的本质
指梁柱节点处，柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承层屈服机制”的出现。现行抗震规范[ 3] 第3. 7. 4 条规定: 围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响, 避免不合理设置而导致主体结构的破坏, 但未给出如何考虑填充墙对结构抗震不利影响的具体方法。工程计算中常采用考虑非承重墙刚度对结构自振周期的折减系数?T 来调整结构的自振周期, 从而影响地震力的计算, 这事实上是远远不够的。笔者通过有限元程序分析一典型框架结构( 结构尺寸及布置如图2, 底层层高3.
9 m, 其余为3. 3m, 共10 层, 梁、板混凝土强度等级为C30、柱为C35)不同填充墙材料、不同空间布置时, 在T aft 地震波、El-Cent ro 地震波和广州人工波作用下的结构地震反应, 认为:
( 1) 填充墙材料性质造成其自身刚度的不同, 随填充墙自身刚度减小, 对框架抗侧刚度的贡献减小,
依次是标准砖、空心砖、加砌混凝土砌块, 但即使采用低强度砌块, 填充墙刚度对框架结构的影响也不能完全忽略。
( 2) 结构同一层随隔墙数量增加, 周期减小, 结构刚度变大, 层间刚度突变越来越不明显, 当上下层
的隔墙布置仅有少量差异时, 结构周期非常接近, 影响很小。
( 3) 令楼层填充墙截面面积与其上相邻一层填充墙截面面积之比为w , 当某层w ≤45%时, 应将该
层视为“薄弱层”。为保证有足够的安全度, 实际设计过程中, 建议w 不低于60% 。
( 4) “薄弱层”在底层时, 对结构整体性能影响最大, 地震力作用下底层发生破坏的可能性最大; “薄弱层”往顶层移动, 只在“薄弱层”位置处位移增大,刚度突变, 上下层刚度比增加, 但与其上相邻三层刚
度均值之比却在减小, 刚度比不满足规范要求; “薄弱层”在顶层时, 对结构整体影响最小。
( 5) “薄弱层”填充墙的数量及其在楼层中的位置是影响自振周期计算的两个主要原因; 随“薄弱层”位置不同, 填充墙对框架抗侧刚度的参与率不同, 随高度增加而有所减小, 建议规范提出考虑填充墙影响的框架抗侧刚度计算模型。
1. 2 楼板对框架梁承载力及刚度的影响框架结构中, 楼板与梁共同浇注, 实际参与梁的受力, 一定程度上提高了框架梁的抗弯刚度和承载力。影响现浇楼板对框架梁增强作用程度的主要因素有节点类型、横向梁刚度以及侧向位移值[ 4] 。楼板内的钢筋会使框架梁的实际抗弯承载力增大20%～30%, 甚至有些情况下会增大近1 倍[ 5] 。但结构设计中仅考虑楼板对框架梁抗弯刚度的提高, 将中梁和边梁的刚度按原框架梁矩形截面刚度乘2. 0 或1. 5的增大系数。此做法虽然增大了梁端弯矩, 但同时亦增大了梁的配筋, 且楼板钢筋的作用未计入。因此,要真正实现“强柱弱梁”的设计目标, 必须考虑楼板有效翼缘宽度范围内, 梁受到的增强作用, 并将其等效为T 形或者 形梁进行设计计算。
1. 3 柱轴压比的影响
文献[ 3] 规定, 框架结构柱的轴压比限值在0. 7～0. 9 之间, 随抗震等级提高而减小。与日本规范相比, 我国规范的轴压比要大很多, 是其2～3 倍。轴压比限值越高, 柱的截面允许尺寸就越小。这一做法虽然能够满足使用空间大、美观经济的要求, 但减小了安全储备, 同时降低了梁柱线刚度比, 使得“强柱弱梁”机制难以实现。
2 抗震规范对“强柱弱梁”的考虑现行抗震规范对“强柱弱梁”的考虑主要通过调整梁端柱端弯矩的比值来控制。由于地震的复杂性、楼板的影响、钢筋屈服强度的超强, 难以通过精确的计算真正实现“强柱弱梁”。
规范最新修订稿[ 6] 即送审稿对上述条款作了适当调整, 提高了框架结构的柱端弯矩增大系数, 从原先的“一级取1. 4、二级取1. 2、三级取1. 1”,提高到“一级取1. 7、二级取1. 5、三级取1. 3; 其他结构类型中的框架, 一级取1. 4、二级取1. 2、三、四级取1. 1”。为了防止底层柱底过早出现塑性屈服, 对原先的“一、二、三级框架结构的底层, 柱下端截面组合的弯矩设计值, 应分别乘以增大系数1. 5、1. 25和1. 15”,提高到“一、二、三、四级框架结构的底层, 柱下端截面组合的弯矩设计值, 应分别乘以增大系数1. 7、1. 5、1. 3 和1. 2”。同时指出, 要真正实现“强柱弱梁”,除了按实际配筋计算外, 还应计入梁两侧有效翼缘范围楼板钢筋的影响。所以送审稿虽在一定程度上加大了框架柱的配筋量, 但能否真正实现“强柱弱梁”,
尚存在疑问。
送审稿( 文献[ 6]