强柱弱梁强剪弱弯强节点弱构件的概念

1、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载力。2，为什么要保证 “强柱弱梁 ” 因为框架结构的变形能力与其破坏机制有很大的关系。 研究表明：梁先屈服，即梁端先出现塑性铰，可使整个框架结构产 生较大的内力重分布，从而增强结构的耗能能力和极限层间位移，抗震性能 较好。若柱先屈服，则可能使整个结构变成几何可变体系，造成结构倒塌。 3，怎样保证 “强柱弱梁 ”一般采用增大柱端弯矩设计值的方法 （框架抗震等级为一、 二、三级 时，柱端弯矩增大系数分别取、），PKPM程序自动考虑这一规定。4，哪些因素导致无法准确实现 “强柱弱梁 ” 结构内力分析时考

2、虑了楼板的约束作用（梁截面为 T形，PKPM中 以边梁和中梁的刚度放大系数来考虑） ，但梁的承载力设计时仍以矩形截面 来配筋，并没有考虑楼板的约束作用，低估了梁的承载能力。实际应该这样处理：按T形截面进行的内力分析，就应根据所得的承 载力按T形截面进行配筋；或者将按T形截面进行内力分析后所得的承载力 除以梁刚度放大系数，然后按矩形截面进行配筋。 梁端配筋采用的是柱中线处的内力，而实际上应该采用柱边的内 力，而柱中线处的内力比柱边的内力大约 20%，实际上增加了梁端的配筋。 由于设计习惯和钢筋需要归并等原因造成梁配筋的增大。如何理解“强剪弱弯 ”1，“强剪弱弯 ”的本质 指梁、柱和剪力墙底部的斜

3、截面实际受剪承载力大于实际受弯承载 力。2，为什么要保证 “强剪弱弯 ” 因为弯曲破坏是延性破坏，有一定的征兆，如裂缝、挠度等；而剪切 破坏是脆性破坏，没有任何预兆突然破坏。所以要保证构件在发生弯曲破坏 前不产生剪切破坏。3，怎样保证 “强剪弱弯 ” 一般采用增大梁端、柱和剪力墙剪力增大系数的方法（框架抗震等级 为一、二、三级时，梁端剪力增大系数分别为、 、；柱剪力增大系数分别为、 、； 剪力墙抗震等级为一、二、三级时，剪力墙剪力增大系数分别为、）。PKPM程序自动考虑这一规定。具体配筋时，可采取以下措施来尽量保证 “强剪弱弯 ”：1 ，增大箍筋直径，减小箍筋间距。2 ，必要时，某些构件的箍筋

4、可全长加密，如连梁、短柱等。3 ，主次梁交接处，设置附加箍筋和弯起钢筋。如何理解“强节点弱构件 ”1 ， “强节点弱构件 ”的本质 指节点区域的实际承载力大于构件的实际承载力。2 ，为什么要保证 “ 强节点弱构件 ” 因为节点失效，与之相连的梁柱等构件全部失效，结构也坍塌失效。3 ，如何保证 “ 强节点弱构件一般通过构造措施来解决，如规定梁纵筋的锚固长度、锚固形式等， 详见混凝土结构设计规范节梁柱节点。梁的延性靠的是箍筋，箍筋约束混凝土，可延长混凝土从受压到破坏的 时间。地震时产生的水平剪力主要靠箍筋来承担，这也是需要提高延性时采 用箍筋加密的根本原因。而梁的纵筋主要用来承担竖向荷载产生的弯矩

5、。 梁的底面和顶面纵筋的 比值是用来提高梁端的塑性转动能力，不是梁延性的主要控制因素。“强梁弱柱 ”破坏分析抗震设计中 , “强柱弱梁 ”、“强剪弱弯 ”、“强节点弱杆件 ”一直是各 国抗震规范所强调的 , 但汶川地震的实际情况不容乐观。 实现“强柱弱梁 ” 现行规范存在不足。叶列平等 2 就“强柱弱梁 ”未能实现的原因提出诸 多观点 , 认为出现这一破坏现象的原因有 : 填充墙等非结构构件的影响 ; 楼 板对框架梁的承载力和刚度增大的影响 ; 框架梁跨度和荷载过大 , 使梁截 面尺寸增大 , 梁端抗弯承载力增大 ; ! 梁端超配筋和钢筋实际强度超强 ; 柱轴压比限值规定偏高 , 柱截面尺寸偏

6、小 ; # 柱最小配筋率和最小配箍率偏 小 ; 大震下结构受力状态与结构弹性受力状态存在差异 ; % 梁柱可靠度的 差异。现阶段而言 , 应主要考虑以下几个方面的因素。1. 1 填充墙等非结构构件影响 填充墙作为框架结构的重要组成部分 , 主要起围护作用 , 而不作为受力构 件存在。但其存在不可避免地影响结构受力性能 : 结构错层处、楼梯、窗下 等部位 , 填充墙使框架长柱变成短柱 , 发生剪切破坏 ; 同一楼层间填充墙位 置、数量的变化 , 在水平方向改变结构的侧向刚度分布 , 从而改变地震内力 的分布 ; 不同楼层间填充墙位置、数量的变化 , 在竖直方向改变层间刚度分 布, 形成“薄弱层”

7、,最终导致“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-

8、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 16mm。 对于底层空旷（如架空层、商场、骑楼等） ，

9、二层以上框架之间有砌体的 框架建筑，须考虑二层以上砌体的侧面刚度，底层应布置适量的剪力墙或支 撑，控制底层和二层的刚度比，底层竖向构件地震剪力应乘以的放大系数。（6）剪力墙竖向分布钢筋直径应 10剪力墙边缘构件（暗柱）钢筋直径应14 m汶川地震震害表明,结构柱底或柱顶破坏严重,未能体现强柱弱梁、强剪 弱弯的设计概念,由于梁翼缘板和梁裂缝宽度验算增加的梁纵筋的作用,低 估了梁端的承载力,相对高估了柱端承载力,因此在实配柱纵筋和箍筋时, 应考虑这部分梁纵筋的影响： 柱增加的单向纵筋和箍筋可按以下简化计算确定： 为了减轻设计人员的工作量,可按以下方法配筋：（ a） 考虑梁翼缘板的影响时,柱纵筋单边增

10、加 3 （二级钢）,柱箍筋增加 量对于小截面框架柱 （高度 ）,在箍筋间距 200 情况下, 单边增加 （ 即一级 钢 ） ；对于框架柱截面高度大于 ,柱箍筋可不增加。（b）考虑梁裂缝宽度验算或超配影响时，柱纵筋单边增加50%Agb Agb为验算裂缝宽度或超配增加的梁面支座钢筋。柱箍筋应计算其增加量。一般情 况下,由于有板的有利作用,无须再增加梁支座钢筋的数量。 对于大跨度的框架结构,规定了柱截面的最小尺寸,由于梁跨度大,梁 截面和梁跨中底筋较大,梁底筋全部伸入柱内,也形成了强梁。因此框架柱 的截面和配筋也应满足强柱弱梁的设计概念。 对于跨度的高层框架剪力墙结构，按照规范的轴压比要求设置柱截面，截面尺寸偏小，有些可达到 350 X 350im，需控制最小的截面尺寸，且还须满足梁的纵筋的水平锚固要求； 柱纵向钢筋按规范最小配筋率配制钢筋时，柱钢筋直径偏小，很多工程采用14钢筋即可达到要求；设计时未考虑梁翼缘板对梁端承载力提高， 不能满足强柱弱梁的设计概念，因此规定柱最小的配筋率和直径的最小值。 对于底层空旷(二层以上框架之间有砌体)的建筑，底层结构柱在汶川 地震震害非常严重，震害表明，二层以上砌体对侧向刚度贡献还是很大的， 这会造成底层和二层