对“强柱弱梁”屈服机制的分析.pdf

2011 年第 6 期 6 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C H IN A C 0 N C R E T E A N D C E M E N T P R O D U C T S 20 1l N 06 Jun e 对 强柱弱梁 屈服机制的分析 周军文 齐永胜 鲁 良辉 常州工学院土木与建筑工程学院 213002 摘 要 对钢 筋混凝土框架结 构的强柱弱 梁设 计原则进行 了分析 结合工程 实际震 害 得 出梁端超 配筋现 象是 影响强柱弱梁的一 个重要 因素 归纳了造成 梁端超 配筋的原 因 并结合 工程 实例具体说 明梁端超配筋 的形成 过程 就设 计过 程中如何 实现 强柱 弱梁提 出了建议 关 键 词 框 架 结 构 强 柱 弱 梁 组 合 弯矩 抗 震 性 能 A b stra c t T he d esi gn princ i p les of strong c olum n and w eak beam of rei nforc ed c onc rete fl am e stru c tu re are analyzed A c c ordi ng to a projec t dam age i t S found that the super rei nforc em ent phenom enon i s an i m portant fac tor effec ti ng strong c olum n an d w eak b eam and th e reason s c au si ng su per rei nforc em ent are su m m ed u p C om b i n ed w i th the en gi n eeri ng p rac ti c e th e detai ls of form i ng proc ess of th e gi rd er sup er rei n forc em ent are i ntrod uc ed an d h ow to reali ze the strong c olu m n and w eak b eam i n th e d esi gn proc ess i s propo sed K ey w o rd s Fram e stru c tu re Stron g c olum n an d w eak beam C om b i n ed b en d i ng m o m ent S ei sm i c perfo rmanc e 中图分类号 T U 525 文献标识码 A 文章编 号 100O一 4637 2011 06 56 03 0 前言 钢筋混凝土框架结构在进行抗震设计时 要求 结构应具有 良好 的延性 以便在地震 发生时 结构 具有较强 的塑性耗能能力 保证 实现 大震不倒 其 中一个重要的设计原则就是强柱弱梁 避免结构 形成 同层所有柱端 出现塑性铰的层侧移机构 l 为 了达到这一要求 建筑抗震设计规范 主要考虑梁 端抗弯纵筋可能的超配筋 钢筋强化和地震作用下 不确定性等影响 通 过保证梁柱节点处柱 梁抗弯 承载力 比 对强柱弱梁设计做 了以下规定 3 二级和三级框架结构应符合 尬 r c 螈 1 9 度设 防烈度和一级抗震等级的框架结构 尚应 符合 尬 慨 2 参数详见 建筑抗震设计规范 p卅 条文 虽然 建筑抗震设计规范 对强 柱弱梁 的设计 做出 了具体的规定 但在汶 JIl地震 中 发现大量的 框架结构出现柱端破坏的震 害 即形成所谓 的强梁 弱柱屈服机制 对结构抗震极为不利 1 影响强柱弱梁形成机制的因素 影响强柱弱梁的形成机制的因素有很多 而 由 于梁端超配筋使得框架结构形成事实上 的强梁弱 基金项 目 常州工 学院 自然科学研究基金项 目 Y H 1O31 一 56 一 柱是一个 非常重要 的因素 在实际设 计 中 人为 因 素 构造要求和正常使用要求均有可能造成梁端 的 实际抗弯承载力超过调整后梁端组合弯矩设计值 从框架结构的设计分析结果来看 梁端超配筋主要 来 自以下 几个方 面 的原 因 1 设计人员的因素造成梁端钢筋超配 一 些设计人员出于安全 的考虑 在配置钢筋 时 对梁端 和梁底钢筋进行加大 但对框架柱 的配 筋不做相应 的调整 相 当于仅仅提高了梁端的实际 抗弯承载 力 即提高 了梁端 的实际组合弯矩设计 值 相对来说就是削弱 了柱端抗弯承载力 因此不 利于防止柱端的屈服 对结构的抗震不利 5 2 控制裂缝造成 的梁端超配筋 钢筋混凝 土框架结构在正常使用条件下的裂缝 宽度控制在 0 2 0 3m m 为了满足此要求 从大量的 设计结果分析来看 此时 梁端实 际配筋 的承载力 弯矩设计值 比组合弯矩设计值大 因此 使得梁端 形成事实上的超配现象嘲 3 因构造原因造成的梁端钢筋超配 抗震设计 时 梁跨问最大正弯矩应是水平地震 作 用产生 的跨 问弯矩与相应 的重力荷载代表值产 生的跨间弯矩的组合 由于水平地震作用可能来 自 左右两个方 向 因为考虑两种可能性 分别求 出跨 间弯矩 然后取跨 问最大弯矩进行截面配筋计算 如 图 l 所示 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 周军文 齐永胜 鲁 良辉 对 强柱弱梁 屈服机制的分析 右露 当梁跨度较大时 一般情况下 跨 间最大组合 弯矩大 于其 中一个支座 组合弯矩 设计 时 由于梁 底钢筋全部伸人到柱 内锚固 因此按跨间最大组合 弯矩所配 实际钢筋相对 于支座组 合弯矩设计值来 说形成超配筋现象 2 计算算例 为了研究梁柱节点处梁端弯矩对 柱端弯矩 的 超配现象 下面以一个工程实例来展开研究 1 l l l V l L 气n n n n m 气n n n 气n n n 图 2 结构布置图 图 2 为四层钢筋 混凝 土框架结构 底层层 高 4 5m 其 余 各层 均 为 3 6m 框 架 柱截 面 尺 寸 为 500m m x500m m 框架梁尺 寸为 250m m x500m m 板 厚 120m m 楼板恒载 4 0kN m 楼板活荷载 3 5kN m 屋 面恒 载 6 0kN m 2 屋 面活荷 载 0 5kN m 雪荷 载 0 5kN n f 不 考 虑 内墙 荷 载 抗 震设 防烈 度 为 7 度 场地类别为三类 第一分组 0 45a 0 08 框 架等级抗震等级为三级 中梁 刚度放大系数取 2 0 由于建筑总高不高 暂不考虑风荷 载作用 荷载组 合根据规范要求采用 以下三种 y肛 1 2 SGKq 0 5SQK 1 3SEK 1 35SGK 1 OSQK 1 2Sc a 1 4SQK 取二层 B 节点进行研究 由于是对称结构 仅 考虑左震 梁端弯矩 以绕杆端顺时针方 向转为正 梁跨 内弯矩 以下端受拉为正 各截 面如图 3 所示 经计算 a 截面的组合弯矩设计值 M 一 73 1kN i n b 截面的弯矩设计值为 M 一 89 7kN i n 梁端组合 弯矩 1 2 3 4 截 面设计值 分别 为 104kN m 140 4 kN m 22 5kN rfl 184 3kN m A B BC 跨 内最大组合 弯矩设计值为 11lkN m 弯矩调整前 B 节点 的弯 矩如图 4a 根据 建筑抗震设计规范 的要求 按公 式 1 对 B 节点进行调整 调整后 的弯矩如图 4b 由 1 2 ll3 4 a 梁截面 b 柱截面 图 3设计截面示意 图 于梁底采用通长配筋 BC 跨梁底的配筋弯矩设计值 为该跨 内最大组合弯矩设计值 11lkN I13 所以 BC 跨 B 端梁底的配筋弯矩设计值实为 11lkN In 因此 B 节点 的实际弯矩 图如图 4 C 此时 眠 140 4 111 251 4kN m 1 4x 80 5 98 7 1 4 尬 如果 再 考虑 由于控制裂缝原 因 取梁端弯矩 的超配系数 1 1 即 1 1x140 4 154kN m 此时则有 舰 154 111 1 48 如图 4 d 所示 7 3 1 8 9 7 a 80 5 9 8 7 c 80 5 9 8 7 d 图 4 节 点组 合 弯 矩 不 蒽 图 因此 尽管在框架结构设计 时考虑过柱端弯矩 的调整 但是 由于多方面 的原 因 使得梁端形成超 配筋现象 很难实现我们所希望 的强柱弱梁 的屈服 机制 3 结论 有公式 2 知 9 度设 防和一级抗震等级 的框架 结构 其梁柱节点处 的柱端弯矩组合是根据梁端实 配钢筋进行调整 如果不考虑楼板钢筋的影响 基 下转第 60 页 一 5 7 一 f 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2011 年第 6 期 混凝土与水泥制品 总第 182 期 达到 0 6 左右 水平筋间距宜小于 150m m 本墙体 中配置的水平方向双排筋 14 l50 明显提高了混 凝土墙的抗变形能力 墙体与柱连接部位应设置加 强构造筋 以避免应力集 中而产生裂缝 3 2 放 的对策 尽量减少约束之间的相互制约 允许结构 自由 变位 后浇带是 只在施工期 间保 留的临时性变形 缝 留置后浇带的 目的是取消永久性变形缝 体现 了施工措施 放 的对策 对混凝土超长墙体采用合 理留置后浇带 间距 的办法来适应变形 的要求 以释 放或减少结构的温度收缩应力 3 3 防 的对策 采取 防护措施来大幅减少温差 并使温差及收 缩尽量缓慢 以发挥混凝土应力松弛效应 本工程 中 混凝土墙体带模保温养护时间不少于 7d 遇到 气温骤降还要推迟拆模时间 就是 防 的对策 当然 综合 因素如材料优选 结构配筋 施工工 艺以及环境条件 等都影 响着结 构约束力及裂缝 的 产生 因此 在施工实践中 裂缝控制还要采取综合 技术措施 4 结束 语 保温养护的两个主要 目的 一是通过减少混凝 土表面的热扩散 从而降低混凝土浇筑体 的内外温 差值 降低混凝土浇筑体 的 自约束应力 二是 降低 混凝土浇筑体 的降温速率 延长散热时间 充 分发 挥混凝土强度 的潜力和材料 的松弛特性 利用混凝 土 的抗拉强度 以提高混凝土承受外约束应力时的 抗裂能力 达到防止或控制温度裂缝的 目的 本文从工程实用角度 出发 探讨 了地下室混凝 土长墙温控抗裂施工技术 通过对混凝土墙体温控 指标计算分析 提出的混凝土超长墙体合理 留置后 浇带 间距 带模保温养护 的 放 防 结合抗 裂对 策 是确保混凝土长墙施工质量的关键 参考文献 1 G B 50204 2002 混凝土结构工程施工及 验收规范 S 北 京 中国建筑工业出版社 2002 2 G B 50496 2009 大体积 混凝 土施工规 范 S 北 京 中国 计划 出版社 2009 3 王铁梦 工 程结构裂缝控 制 M 北京 中国建筑工业 出版 社 1997 4 赵志缙 高层建筑施工手 册 第 一版 M 上海 同济大学 出版社 199 1 5 谭 克锋 等 筏板基础 施工 中大体积 昆凝土温度裂缝 的控 制措施 JJ 混凝 土与水 泥制 品 200 1 5 17 18 6 王庆伟 钢 筋混凝土地下 室裂缝控制 J 建筑 技术 20t0 5 44 3 44 5 收稿 日期 2011 04 28 作者简介 王潇洲 1965一 男 副教授 注册 级建造师 房屋建筑 注册监 理工程师 通讯地址 广州 市天源路 789 号 联 系电话E m a i l w x z q z 1 6 3 c o m 专 毫妊r毫 r窜 夸 船窖 r童 毫 船夸 夸 妊 船毫 毫 窜 轻r夸 r 专 夸 妇夸轻r船 夸 夸 窜 晕 童 夸妊r 妊 窜 圣 r窜 轻r宣妊r专 r窖 一 专 自 k r专k r宣 r 上接第 57 页 本上不存在梁端钢筋超配现象 但对于二级 三级 抗 震等级的框架结构 通过计算发现 在梁柱节 点 处存在严重的梁端钢筋超配现象 形成事实上的强 梁弱柱 因此对结构抗震不利 为 了使框架结构形成真正 的强柱弱梁屈 服机 制 在框架柱设计 时 可 以将中梁刚度放大系数取 为 2 0 边梁刚度放大系数取为 1 5 并将公式 1 中 的适当放大 而在设计框架梁时 梁的放 大刚度 系 数都取为 1 0 其梁端弯矩设计值也会减小 10 20 左右 这样一增一减 便可实现真正的强柱弱 梁 有利于结构的抗震 参考文献 1 叶列平 曲哲 等 从汶川 地震 框架 结构 震害谈 强 柱弱 梁 屈 服机制 的实现 J 建筑结构 2008 11 2 叶列 平 曲哲 等 提高 建筑结构抗 地震倒 塌能力 的设计 一 60 一 思想与方法 J1 建筑结构学报 2008 4 3 G B50011 2010 建筑抗 震设计 规范 S 北 京 中 国建筑 工 业 出版 社 2009 4J