框架结构抗震设计中强柱弱梁的实现探讨
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框架结构强柱弱梁实现中的问题与对策分析“强柱弱梁”不仅能够避免结构形成同层所有柱端均出现塑性层侧移,还能够使框架结构在强震下形成具有较好抗震性,是实现梁铰机制的重要结构措施,是钢筋混凝土框架结构中的一项关键控制措施。
本文对强柱弱梁实现过程中常见的问题进行了阐述,并结合具体问题提出了相应的解决方法。
标签框架结构;强柱弱梁:抗震钢筋混凝土框架结构,是当前建筑中最主要的结构形式,被广泛应用于工业与民用建筑中。
但是它自身的侧向刚度较小,而地震作用引起的侧向位移较大,为了保证框架结构在遭遇地震作用时不发生倒塌,我们对钢筋混凝土框架结构必须采取一定的抗震措施,以保证人民的人身和财产的安全。
“强柱弱梁”就是一种很好的抗震措施,一方面,它的底层柱上下端出现塑性铰,能够迅速导致结构倒塌,另一方面,它只有在全部梁端出现塑性铰并迫使结构底部也出现屈服变形时,结构才会破坏[1]。
1 影响实现强柱弱梁的因素1.1 填充墙对结构刚度的影响在强柱弱梁的所有影响因素中,填充墙是最大的、最复杂的一个因素,填充墙和框架梁是相互依存的关系,对结构会产生如下一些影响,因此我们必须要明确填充墙的结构功能及其相应的设计目标。
实际丁程中,围护墙和填充墙通常直接在框架梁上砌筑,而地震作用下砌体墙与梁一起运动,无疑对梁有一个较大的加强作用,它不仅能直接参与整体结构的抗震受力,显著增大框架梁的刚度和抗弯承载力,而且还能增加结构层刚度,造成结构层刚度不均匀,减小框架梁弯曲变形,形成层屈服机制,引起扭转效应。
填充墙的结构功能目标分为:1)参与结构受力,这时它就是抗震的第一道防线,在整体结构的抗震分析和设计中就要给予足够的考虑;2)不参与结构受力,这时它就得跟周边的框架有足够的隔开、分开,这种设计能够对结构扭转效应有很好的控制。
1.2 现浇楼板对框架梁的承载力及刚度的影晌楼板对“强柱弱梁”的影响在国外是考虑一定的超强系数,研究表明,楼板内的钢筋能够使框架梁的实际抗弯承载力增大20~30%,《建筑抗震没计规范》规定:除框架顶层和柱轴压比小于0.15。
关于“强柱弱梁”的一点学习心得看了很多汶川地震的房屋破坏照片,发现大多数房屋都未能实现“强柱弱梁”,柱破坏了,梁却完好无损。
所以要在设计中真正实现“强柱弱梁”,已经成为我们关心的大问题。
最近看了一篇朱炳寅老师的文章,结合我们在实际工程中的操作,学习总结如下:1.弹性计算模型加大了框架梁端负弯矩:内力计算位置位于梁柱交点(在柱截面中心处),而我们抗力验算的却是梁端截面处(柱边),同样如果用PKPM验算裂缝时,内力取值和实际截面位置也不统一,这样导致梁端配筋过大。
所以我认为在计算时,如果框架柱较大,应该考虑“刚域”,在验算梁端裂缝时应该取柱边弯矩,这样可以有效的降低梁端配筋。
2.梁端底部配筋过大:现在很多人都是把跨中梁底所需的钢筋全部伸入支座,这样就大大超过按强柱弱梁计算所需的梁端配筋量,还谈什么“强柱弱梁”呢。
所以实际操作中,当梁底有多排钢筋时,可仅考虑第一排伸入支座(当然应满足计算要求),其它各排钢筋在柱截面外截断(还可以避免节点钢筋太多),GB图集有这样的表示方法。
3.实配钢筋远大于计算值:有些同志在梁配筋时盲目放大,有些能超过20%以上(尤其是梁端),其实这对工程抗震不仅没有好处,而且大大有害,使“强柱弱梁”实现起来很困难。
所以建议梁端负配筋实配时不应再放大(其实少配个5%都不要紧,只是审图会提意见),梁端正弯矩钢筋超配比例也要控制。
4.对于楼板的影响,一般程序考虑了刚度放大系数,这样导致梁分配的内力加大了,而配筋时却难以考虑板中钢筋的有利作用,所以导致梁配筋变大。
大家可能都知道,在考虑梁刚度放大系数后,梁配筋要比不考虑大不少。
这个问题只能通过相应的科学研究解决了。
5.规范上也只有9度时的一级框架,柱弯矩放大系数才考虑梁实配钢筋后的承载力。
所以为了实现“强柱弱梁”,我们应该还是要适当放大一点柱配筋。
6.施工时,因为节点处钢筋太多,所以节点处柱箍筋的加密很多时候都难以做到,这个问题我们在设计时应该如何更好地考虑,也希望大家能讨论讨论。
框架结构的抗震减震方法浅析由于建筑功能的要求,使得现代结构复杂,布置越来越不规则,对结构抗震要求越来越高。
框架结构在多层和中高层建筑中应用非常广泛,为避免地震时给人类带来大的灾难,要求结构设计人员能正确运用框架结构抗震减震概念设计,克服框架结构的弊端,运用科学有效的手段,确保建筑结构安全,从而实现建筑使用功能。
一、框架结构抗震减震设计的一般原则1、强柱弱梁。
强柱弱梁是为了防止在强烈地震作用下倒塌,提高结构的变形能力。
由于地震作用的复杂性以及构件之间的相互影响,难以通过精确的计算实现强柱弱梁。
规范要求,采用增大柱端弯矩设计值,即提高柱端的弯矩增大系数的方法来实现强柱弱梁。
人为增大柱子相对于梁的抗弯能力,诱导在梁端出现塑性铰,从而达到强柱弱梁的要求。
实现强柱弱梁不仅在于内力调整,更在于按调整后的设计内力来配筋,使构件的实际承载力与设计内力相近。
当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。
梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,并应考虑板内负筋影响,考虑双筋作用,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到柱上。
注意不可随意超配筋,超配筋要整体保持一定比例。
注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。
2、强节点弱构件。
这是为了提高结构整体性。
各构件之间的连接,必须可靠,符合下列要求:构件节点(主要是梁柱节点)的承载力不应低于其连接构件的承载力,当构件屈服、刚度退化时,节点应保持承载力和刚度不变。
予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力,装配式的连接应保证结构的整体性,各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。
强节点弱构件是通过增大节点核心区的组合剪力设计值进行计算。
一、二、三级抗震减震等级的框架进行节点核心区抗震减震受剪承载力计算;四级抗震减震等级的框架节点核心区可不进行计算,但应符合抗震减震构造措施的要求。
3、强剪弱弯。
分析强柱弱梁的影响因素及设计对策1 引言:汶川、雅安地震后,一座座废墟触目惊心,人员伤亡惨重。
通过震后调查发现,倒塌的房屋结构普遍存在一个较为突出的问题,就是大多数房屋都未能实现“强柱弱梁”,即柱破坏了,梁却完好无损。
这告诉我们,“强柱弱梁”是框架结构抗震设计中不可忽视的内容,也是实现梁铰机制的重要结构措施。
实际工程中,影响强柱弱梁的因素很多,作为结构工程师应该立足于本职工作,以结构的安全为使命,在设计中如何更好的实现“强柱弱梁”,是一个值得思考的问题。
2 强柱弱梁的概念强柱弱梁是一个从结构抗震设计提出的一个结构概念。
就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全,可能会整体倒塌,后果严重。
要保证柱子更“相对”安全,故要“强柱弱梁”。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6.2.2条规定:一、二、三、四级框架的梁柱节点处,除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外,柱端组合的弯矩设计值应符合公式∑M c=ηc∑M b (6.2.2-1)一级的框架结构和9度的一级框架可不符合上式要求,但应符合下式要求:∑M c=1.2∑M bua (6.2.2-2)当反弯点不在柱的层高范围内时,柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第6.2.5,第7.2.22条以及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第11.3.2条均有相似的规定。
这是“强柱弱梁”在规范中的体现。
3 实际设计中影响强柱弱梁的因素尽管结构工程师在框架结构计算时遵循《建筑抗震设计规范》中的6.2.2条之规定,也知道抗震设计中应体现“强柱弱梁”的意义,但在实际的弹性计算模型中仍不能真正实现“强柱弱梁”。
这是因为在结构计算和实际的施工中,梁的配筋有多次放大的机会,而柱却没有放大机会。
这就需要我们深入分析在工程实际中影响“强柱弱梁”的因素到底有哪些,然后采用相应的措施来真正实现“强柱弱梁”。
汶川地震谈钢筋混凝土框架“强梁弱柱”设计方法摘要:本文介绍了汶川地震中出现的几种典型震害。
详细介绍了我国抗震规范对强柱弱梁设计的要求。
最后针对“强梁弱柱” 破坏机制具体讨论了楼板,填充墙和柱的轴压比对其的影响,可供相关设计人员提供参考。
关键词:地震;强梁弱柱;框剪结构;有限元;1.汶川震害概况2008年,四川省汶川县发生了8.0级特大地震,震中最大破坏烈度达11度,共造成779万间房屋倒塌,2450万间房屋损坏。
钢筋混凝土框架结构是汶川地震灾区尤其是城镇区的一类重要房屋结构类型,在此次地震中遭受到普遍破坏,其受损面积约占受损建筑总面积的10%。
在汶川地震中,钢筋混凝土框架结构主要震害主要震害现象有:(1) 围护结构和填充墙严重开裂和破坏(图1(a));(2) 填充墙不合理设置或错层形成短柱剪切破坏(图1(b));(3) 柱端出现塑性铰, 未实现强柱弱梁屈服机制(图1(c));(4) 柱剪切破坏, 梁柱节点区破坏(图1(d));(5) 填充墙不合理设置造成结构实际层刚度不均匀, 导致底部楼层侧移过大,并导致倒塌或导致结构实际刚度偏心使结构产生扭转地震响应(图1(e))。
图 1 框架结构震害情况2.抗震规范对强柱弱梁屈服机制的规定在2010建筑抗震设计规范6.2中对强柱弱梁的设计做了以下规定:一、二、三、四级框架的梁柱的节点处,除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支柱的节点外,柱端组合的弯矩设计值应符合下式的要求:(1 a)一级的框架结构和9度的一级框架可不符合上式要求,但应符合下式的要求: (1 b)各参数详见2010抗规6.2条文。
式(1-a,b)主要考虑了钢筋和混凝土等材料强度的变异性、地震的复杂性以及钢筋屈服强度超强等因素给出的实现强柱弱梁机制所需的梁柱端弯矩增大系数,式(1a)的ηc 是基于不超过10%梁端钢筋超配条件给出的。
其中材料强度的变异性和钢筋屈服强度的超强等因素具有相对可靠的统计指标, 可以进行比较准确的估计,但地震的复杂性包括了地震地面运动的随机性和结构地震反应的动力效应等多方面因素,影响十分复杂, 难以准确考虑。
浅谈结构概念设计的重要性——“强柱弱梁”的思考摘要:在进行框架结构的抗震设计时,我们需要遵循“强柱弱梁”的设计原则,那么,实际设计工作中如何实现上述原则?实际震害调查中为何仍会大量出现“强梁弱柱”型的破坏?如何在以后的设计中正确的贯彻“强柱弱梁”的设计原则?本文将就上述问题展开深入的探讨。
关键词:强柱弱梁;刚度;强度;楼板翼缘;钢筋超配。
1、强柱弱梁的概念和实现方式框架结构的“强柱弱梁”指的是:框架节点上下柱端截面实际弯矩设计值之和ΣMc要大于比节点左右梁端截面弯矩设计值ΣMb。
简单点说就是尽量实现梁铰机制。
在框架结构设计中,必须遵守强柱弱梁的原则进行抗震概念设计,为实现梁铰机制,框架柱的受弯承载力比梁的受弯承载力至少要加强60%~80%,当考虑双向梁的屈服影响时则至少要加强140%~180%。
现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.2.2条对此有明确规定,《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第6.2.1条也有具体的规定。
这就是说框架节点上下柱端截面弯矩设计值之和ΣMc要比节点左右梁端截面弯矩设计值ΣMb大10%~40%。
规范条文说明,弯矩设计值可按弹性分析分配。
这里的规定理解起来相当困难,因为弯矩设计值是在弹性阶段按刚度分配来的,而“强柱弱梁”的本意是控制强度而不是单纯控制刚度。
要让梁柱在弹性刚度上满足上述要求。
有时设计师把强度问题变成刚度问题去考虑,不但违反初衷,而且不一定达到目的,还会造成柱截面尺寸不必要的增大等设计上的困难,让结构工程师和建筑师产生许多矛盾。
框剪结构中0.2Vo调整以及最小剪重比的控制都是强度问题而非刚度问题。
下面我们把强度、刚度的概念大致介绍下:强度是材料抗力的尺度,刚度是材料抗变形的尺度,但其大小不是对应的。
存在强度很高而刚度很小的构件,也存在刚度很大而强度很低的构件。
结构的一个极为重要而普遍的规律是:力是按刚度而非强度分配的。
在外力作用下共同工作的各种结构组成部分是按照它们的刚度来分配所受的外力。
浅议“强柱弱梁”的实现难点及解决措施本文通过规范规定的强柱弱梁的实现方法,对实际中难以实现强柱弱梁的原因进行了分析,并针对这些原因列出了相应的解决方法,最后对于结构设计某些方面提出了一些建议。
标签:强柱弱梁;实现难点;解决措施;梁端实际受弯承载力;梁端裂缝验算一、规范规定自89规范起,我国规范提出了两种方法来体现强柱弱梁。
一种方法是,将梁、柱之间的承载力不等式转化为梁、柱的地震组合内力设计值的关系式,并使不同抗震等级的柱端弯矩设计值有不同程度的差异,即柱端弯矩设计值增大系数法。
另一种方法,则采用梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值的调整、验算方法,此时还应考虑楼板钢筋的作用。
比较两种方法,可知后一种方法的计算结果更为精确。
为保持规范连续性,2010《抗震规范》仍采用两种计算方法确保实现强柱弱梁。
与旧规范相比,新版规范提高了框架柱端弯矩增大系数,补充了四级框架柱端弯矩增大系数的要求。
对于一级框架结构和9度时的一级框架,明确只需按梁端实配抗震受弯承载力确定柱端弯矩设计值,即使按增大系数法比实配方法保守,也可不采用增大系数法。
具体可参见《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6.2.2条。
值得一提的是,即使按“强柱弱梁”设计的框架,在强震作用下,柱端仍有可能出现塑性铰,故柱设计还应满足规范中抗震构造措施的要求,使柱具有大的弹塑性变形能力和耗能能力,保证其达到在大震作用下不会倒塌的目标。
二、软件实现现在以2010版PKPM软件的设置进行说明,该软件是对柱端设计弯矩值进行放大,并考虑实配钢筋影响。
对于抗震等级一级的框架结构,除《抗震规范》明确给出放大系数可取1.7外,《混凝土规范》及《高规》都未具体给出。
考虑到超配系数的影响,软件以1.15作为基准值,采用线性插值计算得到一级框架柱端弯矩增大系数,其取值范围为1.5~1.7。
三、实现难点针对目前的设计状况,结合自身的经验,分析可能出现此类现象的原因如下。
1强柱弱梁1.1“强柱弱梁”的本质指梁柱节点处,柱端现实受弯承载力大于梁端现实受弯承载力.为什么要包管“强柱弱梁”?因为框架构造的变形才能与其损坏机制有很大的关系.研讨标明:梁先屈从,即梁端先消失塑性铰,可使全部框架构造产生较大的内力重散布,从而加强构造的耗能才能和极限层间位移,抗震机能较好.若柱先屈从,则可能使全部构造变成几何可变系统,造成构造倒塌.如何包管“强柱弱梁”?一般采取增大柱端弯矩设计值的办法(框架抗震等级为一.二.三级时,柱端弯矩增大系数分离取1.4.1.2.1.1),PKPM程序主动斟酌这一划定.哪些身分导致无法精确切现“强柱弱梁”?①构造内力剖析时斟酌了楼板的束缚感化(梁截面为T形,PKPM中以边梁和中梁的刚度放大系数来斟酌),但梁的承载力设计时仍以矩形截面来配筋,并没有斟酌楼板的束缚感化,低估了梁的承载才能.现实应当如许处理:按T形截面进行的内力剖析,就应依据所得的承载力按T形截面进行配筋;或者将按T形截面进行内力剖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.②梁端配筋采取的是柱中线处的内力,而现实上应当采取柱边的内力,而柱中线处的内力比柱边的内力大约20%,现实上增长了梁端的配筋.③因为设计习惯和钢筋须要合并等原因造成梁配筋的增大.2强剪弱弯“强剪弱弯”的本质指梁.柱和剪力墙底部的斜截面现实受剪承载力大于现实受弯承载力.为什么要包管“强剪弱弯”?因为曲折损坏是延性损坏,有必定的征兆,如裂痕.挠度等;而剪切损坏是脆性损坏,没有任何前兆忽然损坏.所以要包管构件在产生曲折损坏前不产生剪切损坏.如何包管“强剪弱弯”?一般采取增大梁端.柱和剪力墙剪力增大系数的办法(框架抗震等级为一.二.三级时,梁端剪力增大系数分离为1.3.1.2.1.1;柱剪力增大系数分离为1.4.1.2.1.1;剪力墙抗震等级为一.二.三级时,剪力墙剪力增大系数分离为1.6.1.4.1.2).PKPM程序主动斟酌这一划定.具体配筋时,可采纳以下措施来尽量包管“强剪弱弯”:1,增大箍筋直径,减小箍筋间距.2,须要时,某些构件的箍筋可全长加密,如连梁.短柱等.3,主次梁交代处,设臵附加箍筋和弯起钢筋.3强节点弱构件“强节点弱构件”的本质指节点区域的现实承载力大于构件的现实承载力.为什么要包管“强节点弱构件”?因为节点掉效,与之相连的梁柱等构件全体掉效,构造也坍塌掉效.若何包管“强节点弱构件”?一般经由过程构造措施来解决,如划定梁纵筋的锚固长度.锚固情势等,详见《混凝土构造设计规范》10.4节梁柱节点.梁的延性靠的是箍筋,箍筋束缚混凝土,可延伸混凝土从受压到损坏的时光.地震时产生的程度剪力重要靠箍筋来承担,这也是须要进步延性时采取箍筋加密的根起源基础因.而梁的纵筋重要用来承担竖向荷载产生的弯矩.梁的底面和顶面纵筋的比值是用来进步梁端的塑性迁移转变才能,不是梁延性的重要掌握身分.“强梁弱柱”损坏剖析抗震设计中, “强柱弱梁”.“强剪弱弯”.“强节点弱杆件”一向是列国抗震规范所强调的, 但汶川地震的现实情形不容乐不雅.实现“强柱弱梁”,现行规范消失缺少.叶列平等[ 2] 就“强柱弱梁”未能实现的原因提出诸多不雅点, 以为消失这一损坏现象的原因有: 填充墙等非构造构件的影响;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; ! 梁端超配筋和钢筋现实强度超强; ∀柱轴压比限值划定偏高, 柱截面尺寸偏小; # 柱最小配筋率和最小配箍率偏小; ∃大震下构造受力状况与构造弹性受力状况消失差别; % 梁柱靠得住度的差别.现阶段而言, 应重要斟酌以下几个方面的身分.填充墙等非构造构件影响填充墙作为框架构造的重要构成部分, 重要起围护感化, 而不作为受力构件消失.但其消失不成防止地影响构造受力机能: 构造错层处.楼梯.窗劣等部位, 填充墙使框架长柱变成短柱, 产生剪切损坏;统一楼层间填充墙位臵.数目的变更, 在程度偏向转变构造的侧向刚度散布, 从而转变地震内力的散布;不合楼层间填充墙位臵.数目的变更, 在竖直偏向转变层间刚度散布, 形成“单薄层”,最终导致“层屈从机制”的消失.现行抗震规范[ 3] 第3.7. 4 条划定: 围护墙和隔墙应斟酌对构造抗震的晦气影响, 防止不合理设臵而导致主体构造的损坏, 但未给出若何斟酌填充墙对构造抗震晦气影响的具体办法.工程盘算中常采取斟酌非承重墙刚度对构造自振周期的折减系数T 来调剂构造的自振周期, 从而影响地震力的盘算, 这事实上是远远不敷的.笔者经由过程有限元程序剖析一典范框架构造( 构造尺寸及布臵如图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)不合填充墙材料.不合空间布臵时, 在T aft 地震波.El-Cent ro 地震波和广州人工波感化下的构造地震反响, 以为:( 1) 填充墙材料性质造成其自身刚度的不合, 随填充墙自身刚度减小, 对框架抗侧刚度的进献减小,依次是尺度砖.空心砖.加砌混凝土砌块, 但即使采取低强度砌块, 填充墙刚度对框架构造的影响也不克不及完整疏忽.( 2) 构造统一层随隔墙数目增长, 周期减小, 构造刚度变大, 层间刚度突变越来越不显著, 当高低层的隔墙布臵仅有少量差别时, 构造周期异常接近, 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“单薄层”.为包管有足够的安然度, 现实设计进程中, 建议w 不低于60% .( 4) “单薄层”在底层时, 对构造整体机能影响最大, 地震力感化下底层产生损坏的可能性最大; “单薄层”往顶层移动, 只在“单薄层”位臵处位移增大,刚度突变, 高低层刚度比增长, 但与其上相邻三层刚度均值之比却在减小, 刚度比不知足规范请求; “单薄层”在顶层时, 对构造整体影响最小. ( 5) “单薄层”填充墙的数目及其在楼层中的位臵是影响自振周期盘算的两个重要原因; 随“单薄层”位臵不合, 填充墙对框架抗侧刚度的介入率不合, 随高度增长而有所减小, 建议规范提出斟酌填充墙影响的框架抗侧刚度盘算模子.楼板对框架梁承载力及刚度的影响框架构造中, 楼板与梁配合浇注, 现实介入梁的受力, 必定程度上进步了框架梁的抗弯刚度和承载力.影响现浇楼板对框架梁加强感化程度的重要身分有节点类型.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现实抗弯承载力增大20%~30%, 甚至有些情形下会增大近1 倍[ 5] .但构造设计中仅斟酌楼板对框架梁抗弯刚度的进步, 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.此做法固然增大了梁端弯矩, 但同时亦增大了梁的配筋, 且楼板钢筋的感化未计入.是以,要真正实现“强柱弱梁”的设计目的, 必须斟酌楼板有用翼缘宽度规模内, 梁受到的加强感化, 并将其等效为T 形或者形梁进行设计盘算.柱轴压比的影响文献[ 3] 划定, 框架构造柱的轴压比限值在0. 7~0. 9 之间, 随抗震等级进步而减小.与日本规范比拟, 我国规范的轴压比要大许多, 是其2~3 倍.轴压比限值越高, 柱的截面许可尺寸就越小.这一做法固然可以或许知足应用空间大.美不雅经济的请求, 但减小了安然储备, 同时下降了梁柱线刚度比, 使得“强柱弱梁”机制难以实现.抗震规范对“强柱弱梁”的斟酌现行抗震规范对“强柱弱梁”的斟酌重要经由过程调剂梁端柱端弯矩的比值来掌握.因为地震的庞杂性.楼板的影响.钢筋屈从强度的超强, 难以经由过程精确的盘算真正实现“强柱弱梁”.规范最新修订稿[ 6] 即送审稿对上述条目作了恰当调剂, 进步了框架构造的柱端弯矩增大系数, 从本来的“一级取1. 4.二级取1. 2.三级取1. 1”,进步到“一级取1. 7.二级取1. 5.三级取1. 3; 其他构造类型中的框架, 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消失塑性屈从, 对本来的“一.二.三级框架构造的底层, 柱下端截面组合的弯矩设计值, 应分离乘以增大系数1. 5.1. 25和1. 15”,进步到“一.二.三.四级框架构造的底层, 柱下端截面组合的弯矩设计值, 应分离乘以增大系数1. 7.1. 5.1. 3 和1. 2”.同时指出, 要真正实现“强柱弱梁”,除了按现实配筋盘算外, 还应计入梁两侧有用翼缘规模楼板钢筋的影响.所以送审稿虽在必定程度上加大了框架柱的配筋量, 但可否真正实现“强柱弱梁”, 尚消失疑问.送审稿( 文献[ 6] ) 同时修正了框架构造的抗震等级肯定前提, 将文献[ 3] 中以30 m 为界线区分不合设防烈度区域的抗震等级, 改为以24 m 作为界线高度; 并将柱轴压比限值, 从本来的一级取0. 7.二级取0. 8.三级取0. 9, 下降为一级取0. 65.二级取0. 75.三级取0. 85.这对24~30 m 高的框架构造来讲, 承载力得到较大晋升, 同时, 柱轴压比限值的减小必定程度上晋升了柱的承载力和刚度.此外, 送审稿从“强剪弱弯”角度动身, 进步了柱剪力增大系数: 由本来的一级取1. 4.二级取1. 2.三级取1. 1, 进步到一级取1. 5.二级取1. 3.三级取1.2.“强柱弱梁”损坏机制的实现受到浩瀚现实身分的制约, 必须进一步研讨填充墙等非构造构件对梁柱刚度的影响并表现到设计盘算中去; 必须进一步研讨现浇楼板对梁刚度和承载力的影响,并在现实设计中予以斟酌; 还须要更为严厉地限制柱的轴压比,以进步柱的刚度至合理规模.建筑抗震规范送审稿固然进步了柱的弯矩增大系数和剪力增大系数, 同时下降了判别框架构造抗震等级的界线高度, 使柱承载力得到进步.算例柱的抗弯承载力晋升10. 8% ~33. 1%, 抗剪承载力晋升11. 1% ~19. 3%, 但仍“只在必定程度上减缓柱端的屈从”.在柱承载力进步的同时, 结构造价有所进步,总造价增长19. 9%阁下.包管强柱弱梁.强剪弱弯.强节点弱构件的概念设计为了包管强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件的抗震设计概念,设计中应知足如下请求:⑴实配柱纵筋和箍筋时,应斟酌梁翼缘板的感化和梁裂痕宽度验算或超配而增长梁纵筋的影响.⑵对于大跨度的框架构造,框架柱的线刚度须大于框架梁的线刚度的1.1倍.⑶高层建筑构造柱的最小截面不该小于350×400,且须知足梁钢筋的程度锚固的请求.⑷框架柱纵向钢筋的最小配筋率,应比《建筑抗震设计规范》划定的最小配筋率进步0.2%,框架柱纵向钢筋直径宜≥16㎜.⑸对于底层空旷(如架空层.商场.骑楼等),二层以上框架之间有砌体的框架建筑,须斟酌二层以上砌体的正面刚度,底层应布臵适量的剪力墙或支持,掌握底层和二层的刚度比,底层竖向构件地震剪力应乘以1.15的放大系数.(6) 剪力墙竖向散布钢筋直径应≥10㎜,剪力墙边沿构件(暗柱)钢筋直径应≥14 ㎜汶川地震震害标明,构造柱底或柱顶损坏轻微,未能表现强柱弱梁.强剪弱弯的设计概念,因为梁翼缘板和梁裂痕宽度验算增长的梁纵筋的感化,低估了梁端的承载力,相对高估了柱端承载力,是以在实配柱纵筋和箍筋时,应斟酌这部分梁纵筋的影响:柱增长的单向纵筋和箍筋可按以下简化盘算肯定:为了减轻设计人员的工作量,可按以下办法配筋:(a)斟酌梁翼缘板的影响时,柱纵筋单边增长3 (二级钢),柱箍筋增长量对于小截面框架柱(高度),在箍筋间距200 情形下,单边增长0.503 (即一级钢 );对于框架柱截面高度大于 ,柱箍筋可不增长.(b)斟酌梁裂痕宽度验算或超配影响时,柱纵筋单边增长50%Agb,Agb为验算裂痕宽度或超配增长的梁面支座钢筋.柱箍筋应盘算其增长量.一般情形下,因为有板的有利感化,无须再增长梁支座钢筋的数目.⑵对于大跨度的框架构造,划定了柱截面的最小尺寸,因为梁跨度大,梁截面和梁跨中底筋较大,梁底筋全体伸入柱内,也形成了强梁.是以框架柱的截面和配筋也应知足强柱弱梁的设计概念.⑶对于4-6.8m跨度的高层框架剪力墙构造,按照规范的轴压比请求设臵柱截面,截面尺寸偏小,有些可达到350×350㎜,需掌握最小的截面尺寸,且还须知足梁的纵筋的程度锚固请求;⑷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,许多工程采取Φ14钢筋即可达到请求;设计时未斟酌梁翼缘板对梁端承载力进步,不克不及知足强柱弱梁的设计概念,是以划定柱最小的配筋率和直径的最小值.⑸对于底层空旷(二层以上框架之间有砌体)的建筑,底层构造柱在汶川地震震害异常轻微,震害标明,二层以上砌体对侧向刚度进献照样很大的,这会造成底层和二层以上的刚度比相差较大,底层消失脆弱层,设计时需斟酌上.基层刚度的差别,最直接有用的办法即在空旷底层设臵剪力墙或支持,且底部竖向构件地震剪力放大1.15倍.(6) 200mm厚剪力墙竖向散布钢筋直径用8㎜和暗柱钢筋直径用12㎜,虽可知足规范的最低限请求,但整栋建筑均采取规范的最低限请求,是不合适的,是以划定钢筋的最小直径.。
刍议建筑结构中的强柱弱梁设计(摘要:随着社会经济的发展,建筑行业的繁荣,建筑结构设计的发展及其重要性也日益显现出来。
本文参照相关的范本,分析影响强柱弱梁的因素,对结构计算参数及设计值等问题进行探讨。
关键词:建筑强柱弱梁设计一、概述钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较小,地震作用引起的侧向位移较大,故合理的抗震措施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。
按照多层钢筋混凝土框架柱抗震概念设计的要求,结构应具有多道抗震防线,其中的一个原则是“强柱弱梁”。
所谓“强柱弱梁”就是柱子不先于梁破坏,梁的破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏则危及整个结构的安全。
由于“强梁弱柱”型框架结构的底层柱上下端出现塑性铰,将迅速导致结构的倒塌;反之,“强柱弱梁”型框架结构,在全部梁端出现塑性铰并迫使结构底部也出现屈服变形时,结构才会破坏。
二、相关规范参照框架结构的“强柱弱梁”破坏机制,即梁铰屈服机制,是抗震设计所期望的框架失效机制。
梁铰屈服机制可使整个框架具有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移增大,抗震性能较好。
GB50011 -2010《建筑抗震设计规范》规定,对于考虑地震作用组合的一、二、三级框架柱,除框架顶层和柱轴压比小于0.15 者及框支梁与框支柱的节点外,柱端组合的设计弯矩应满足下式要求:ΣMC = ηCΣMb(1)一级框架结构及9 度时,尚应符合:ΣMC = ηCΣMbua(2)式中ΣMC———节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和,上下柱端的弯矩设计值,可按弹性分析分配;ΣMb———节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和,一级框架节点左右梁端均为负弯矩时,绝对值较小的弯矩应取0;ΣMbua———节点左右梁端截面反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和,根据实配钢筋面积( 计入受压筋) 和材料强度标准值确定;ηC———柱端弯矩增大系数,一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1。
在设计中如何体现“强柱弱梁、强剪弱弯”的原则?如何进行节点设计?“强柱弱梁,强剪弱弯”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。
就是柱子不先于梁破坏,因为梁破坏属于构件破坏,是局部性的,柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌,后果严重!所以我们要保证柱子更“相对”安全,故要“强柱弱梁节点处梁端实际受弯承载力和柱端实际受弯承载力之间满足下列不等式:是在不同程度减缓柱端的屈服,一般采用增大柱端弯矩设计值的方法,将承载力的不等式转为内力设计值的关系式,采用不同增大系数,使不同抗震等级的框架柱端弯矩设计值有不同程度的差异,对一级框架结构和9度,除采用增大系数的方法外,还采用梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值方法。
2001规范比89规范适当提高了强柱弱梁的弯矩增大系数nc,9度时及一级框架结构考虑框架梁的实际受弯承载力,并乘m增大系数1.2,主要考虑部分楼板钢筋的作用。
框架的梁柱节点处除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外,柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求:9度和一级框架结构,尚应符合:式中:——节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的变矩设计值之和,上下柱端的弯矩设计值,可按弹性分析分配;——节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和,节点左右梁端均为负值时,绝对值较小的弯矩取零;——节点左右截面反时针或顺时针方向按实配钢筋(考虑受压钢筋)正截面抗震受弯承载力,所对应的弯矩值之和,可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定。
上式中:b——梁截面宽度;h0——梁截面有效高度;——受压区纵向钢筋合力点至受压区边缘的距离;x ——受压区高度;fck——混凝土轴心抗压强度标准值;fyk——钢筋抗拉强度标准值;As——受拉钢筋截面面积;——受压钢筋截面面积;RE——承载力抗震调整系数;λb——相对界限受压区高度;ξEs——钢筋弹性模量。
当框架点不在楼层内时,说明浇若干层的框架梁相对较弱,为避免在竖向荷载和地震共同作用下变形集中,压屈失稳,柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
框架结构抗震设计中强柱弱梁的实现探讨
摘要:在抗震设计中,“强柱弱梁”作为设计延性框架所采取的基本措施之一,应贯彻在整个设计过程中,从各方面保证增大框架柱的安全度,使框架梁成为相对较弱的的构件。
但在实际的设计过程中,影响到实现强柱弱梁的因素有很多,设计时应加强概念设计,对规范条文不宜照搬照抄机械执行。
关键词:框架结构;强柱弱梁;概念设计
1 引言
概念设计对于结构设计来说十分重要,甚至可以说概念设计是结构设计的根本。
概念设计有几个重要原则:“强柱弱梁”,“强节点弱构件”,“强剪弱弯”。
本文重点讨论框架结构的强柱弱梁问题。
框架结构设计上要求强柱弱梁,以保证结构的延性,用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌。
强柱弱梁不仅是手段,也是目的,其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大,对梁不放大。
其目的表现在调整后,柱的抗弯能力比之前强了,而梁不变。
即柱的能力提高程度比梁大。
这样梁柱一起受力时,梁端可以先于柱屈服。
2 规范的相关规定
《建筑抗震设计规范》(gb50011-2001)第6.2.2条规定:一、二、三级框架的梁柱节点处,除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外,柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求:
∑mc =ηc∑mb (1)
一级框架结构及9度时尚应符合
∑mc =1 .2∑mbua (2)
式中各符号意义见规范。
当反弯点不在柱的层高范围内时,柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
《高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3-2002)第6.2.5,第7.2.22条以及《混凝土结构设计规范》(gb50010-2002)第11.3.2条均有相似的规定。
3 问题
但汶川地震的结果并不如预想的一样,如下列图:
4 讨论如何从设计上保证强柱弱梁
(1)框架梁端弯矩调幅
由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质,在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩,进行调幅。
优点:①减少负弯矩钢筋的拥挤现象。
②有利于实现强柱弱梁
③减少梁端,增大跨中,梁构件偏于安全。
(2)中梁刚度放大系数
《高规》第5.2.2条规定:在结构内力和位移计算中,现浇楼板和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。
其建议中梁该系数取2,边梁取1.5。
规范对于梁刚度的放大主要是为了考虑楼板刚度对梁的贡献。
因
为我们手算、电算的时候是无法考虑楼板对梁的刚度贡献,因此规范规定可通过采用梁刚度放大的方法来近似考虑。
但在实际操作过程中,若对中梁刚度进行放大,一般情况下梁的内力会增加,相应配筋也会变大,因为t形截面的钢筋全配在了矩形截面里。
结构有由强柱弱梁往强梁弱柱转化的趋势。
所以建议算梁内力时,中梁刚度放大系数取1.0,算位移时,可以考虑中梁刚度放大。
(3)柱梁的线刚度比
虽然规范没有规定框架结构柱梁线刚度比。
但是框架柱作为竖向构件,有必要截面适当的强,对于传递竖向力的水平构件的框架梁也有必要适当的弱。
在抗震设防区,框架柱与框架梁的线刚度比宜控制在1.5~2.5范围较为合理。
但有些情况不宜实现,往往框架柱与框架梁的线刚度比值还会很小,比如框架柱与井字梁的边梁的线刚度比值。
此时建议结合柱轴压比进行控制,轴压比应比规范规定限值要小多些。
(4)控制柱子配筋率
《混凝土结构设计规范》规定柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%。
但本人认为最好控制在1%~2.5%,一方面经济性较好,另一方面说明柱截面尺寸相对合适。
当柱配筋较大时说明柱截面尺寸相对较小,带来的必然是柱的线刚度较小。
5 中梁刚度放大系数的影响
《高规》第 5.2.2 条规定:在结构内力与位移计算中,现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。
楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3—2.0。
按照《高规》条文说明中的建议,当近似以梁刚度增大系数考虑时,应根据梁翼缘尺寸与梁截面尺寸的比例予以确定,通常边框架梁取1.5,中框架梁取2.0。
在水平地震力作用下,梁刚度对于结构内力、位移、周期等均有影响。
一般情况下,梁的刚度增大,其内力也会相应增大,配筋增加,导致梁承载力得到提高。
而对于大多数柱子而言,即使柱端弯矩增加,其配筋面积仍然为构造配筋,承载力并没有相应得到增加,这样就使结构存在由强柱弱梁向强梁弱柱转变的趋势。
并且,即使框架柱是计算配筋,在水平地震力作用下,由于梁刚度增大很多,使内力更多地分配给了框架梁,从而造成框架柱内力减小,配筋减小,承载力降低,更有可能使结构转变成强梁弱柱,对抗震更加不利。
所以,笔者认为在计算框架梁柱配筋时,要合理考虑设置梁刚度放大系数,并且相应增加框架柱的计算和构造措施。
比如,在实配柱纵筋和箍筋时,应考虑由于梁翼缘板的作用和梁裂缝宽度验算所导致增加梁纵筋的影响;增大框架柱的最小截面尺寸及最小配筋率等。
6 结论
强柱弱梁概念设计对框架结构的延性及安全性起着重要作用,因
为一旦柱端先与梁端出现塑性铰,轻者引起局部坍塌,重者引起整幢楼倒塌。
因此结构设计时应充分重视强柱弱梁的实现。
本文从结构设计过程中指出应该注意的问题和指标。
对结构设计有一定的指导意义。
参考文献:
[1] gb50010-2002,混凝土结构设计规范[s].
[2] jgj3-2002/j186-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[s].
[3] gb50011-2001,建筑抗震设计规范[s].
[4] 包世华.新编高层建筑结构[m](第二版).
[5] satwe 用户手册和技术条件[m].2005.。