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如何在实际设计中实现“强柱弱梁”

2013-8-30 07:51| 发布者: ccbuild| 查看: 704| 评论: 0

摘要: 摘要: 历次的地震震害表明,混凝土结构,尤其是框架结构的"强柱弱梁"概念在现实中很难实现.具体分析起来原因主要有几个:低估梁的实际承载力,梁端配筋采用柱中线处内力,计算梁端截面的裂缝,个人的设计习惯和施工考 ...

摘要:历次的地震震害表明,混凝土结构,尤其是框架结构的"强柱弱梁"概念在现实中很难实现.具体分析起来原因主要有几个:低估梁的实际承载力,梁端配筋采用柱中线处内力,计算梁端截面的裂缝,个人的设计习惯和施工考虑。

纽约河上的蒲公英

一,问题的提出:
历次的地震震害表明,混凝土结构,尤其是框架结构的"强柱弱梁"概念在现实中很难实现.具体分析起来原因主要有几个:1.结构内力分析中考虑楼板对梁的刚度贡献,却在梁的承载力设计中不考虑此贡献,较大的低估梁的实际承载力;2.梁端配筋采用柱中线处内力,实际上柱中线截面弯矩比柱边截面大约20%;3. 按照正常使用极限状态的要求,计算梁端截面的裂缝,且控制梁端截面的配筋;4.个人的设计习惯和施工考虑等原因,比如放大梁支座配筋及跨中配筋的纵筋10%左右,钢筋归并等原因。以上原因累加起来就可能超过"强柱弱梁"对柱端的内力调整系数,即使9度或者一级以上抗震,要求采用实配钢筋后的梁抗弯承载力,一般做法也只是放大内力的10%,不足以抵消以上梁端总的承载力增大值。值得注意的是汶川地震中某工厂厂房的震害中存在部分边梁和独立梁梁端出铰而柱端未破坏的案例,这些案例表明楼板对于梁的承载力贡献很显著。
二,解决方法:
针对以上原因分析,主要从解决这些设计因素的方面出发来研究方便合理的解决"强梁弱柱"的问题。
1. 首先,震害表明,混凝土楼板尤其是现浇楼板和梁一般具有良好的共同协调能力,可以以T形梁的形式工作,但是实际设计中若都以T形梁进行结构分析和设计,将造成很大麻烦。规范规定框架梁可以适当考虑楼板的刚度贡献进行结构分析和内力计算(一般刚度放大系数1.5-2.0)。本文认为,这是合理的,但是在进行承载力设计时,若以此内力对矩形梁截面进行设计则过分低估了楼板对梁的承载力贡献。合理的方法应该是以此内力对T形梁截面进行设计。但是考虑到具体每根T形梁截面尺寸定义和设计的烦琐,实际设计的时候,可以根据刚度分配原理和调整梁的计算内力进行梁截面设计,具体方式如下:首先根据结构布置情况,分析梁的刚度放大系数,假如为1.8,那么结构分析之后的设计内力Md应该进行折减调整,即Md/1.8作为矩形截面梁的设计弯矩,此时设计剪力Vd不调整,完全由梁承担是合适的。而对柱来说,还是应该按照未经折减的弯矩进行内力放大的调整。需要注意的是此时,要保证梁两翼的楼板钢筋不能太少。
2. 其次,梁端的设计弯矩理论上应以柱边弯矩为准,而考虑到目前常用的pkpm等均以柱中线弯矩进行设计,而采用etabs等软件对中国规范的执行程度,暂时未被广大设计人员所接受,采用柱中线处弯矩进行设计确实会增大梁端截面的配筋量,但是由于柱内力调整和设计亦采用梁中线处内力,因此认为此原因实际上不会造成"强柱弱梁"。
3. 按照正常使用极限状态的要求进行梁端截面的裂缝控制和跨中饶度控制,是正确且必要的,但是采用了考虑刚度放大之后的内力计算矩形截面,则不合理。正确的做法应该是采用T型截面设计或者采用方法1中按照刚度分配原理折减设计弯矩的办法。梁截面的配筋由正常使用极限状态和承载力极限状态设计的较大值控制,但是正常使用极限状态控制时候,要适当控制其可能对柱端内力调整造成的影响。
4. 由于设计习惯和钢筋需归并等原因造成的梁配筋的增大,要控制在合理和可以接受的范围内,并确认其不会超过柱端内力调整系数从而造成"强梁弱柱"。
三,小结
由上述对梁设计的分析,小结如下:
1. 正确考虑楼板对梁的刚度和承载力贡献是保证结构分析和设计正确的前提,本文所建议的简化计算方法,应根据结构具体布置经过推理认为是合适的,然后进行设计。
2. 在复核梁设计结果的时候,不仅应复核正常使用极限状态和承载力极限状态设计,还应根据上述解决方法的建议,确认柱端设计不能弱。
3. 建议规范应给出更合理和有依据的"强柱弱梁"调整系数。
本文章来自HiStruct


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