在框架结构抗震设计中,是三大抗震设计原则(强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件)之一,其核心目标是让框架在地震作用下,梁端先于柱端形成塑性铰,从而消耗地震能量,避免柱端塑性铰出现导致的结构整体倒塌。
一、强柱弱梁的原因
1、结构抗倒塌的需求
框架柱是竖向承重构件,承担着传递竖向荷载和水平地震作用的核心作用,一旦柱端发生塑性破坏,会直接导致结构的竖向承载能力丧失,引发整体倒塌;而框架梁是水平构件,梁端出现塑性铰时,仅会造成局部损坏,结构仍能通过其他未破坏的构件继续承载,属于“延性破坏”,危害性远小于柱的破坏。
2、实际受力与理想模型的偏差
在弹性分析中,框架梁、柱的内力由刚度比决定,但地震作用下结构会进入弹塑性阶段,且实际工程中存在施工偏差、材料离散性、荷载分布不确定性等问题,若不进行内力调整,很可能出现“强梁弱柱”的情况——梁的抗弯能力过强,地震力作用下柱端先屈服,引发脆性倒塌。
3、抗震设防的目标要求
我国建筑抗震设计的目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。强柱弱梁的内力调整,正是为了在大震作用下,引导结构形成以梁端塑性铰为主的“延性耗能机制”,确保结构不发生倒塌。
二、强柱弱梁内力调整的原理
抗震要求柱端抗弯承载力大于梁端抗弯承载力,但这种概念设计难以通过精确的承载力计算真正实现,自89规范以来,在梁端实配钢筋不超过计算值10%的前提下,将这种承载力关系转化为内力设计值的关系,也就是在地震内力计算完成后,对柱端的弯矩设计值进行放大,让梁柱弯矩设计值满足,从而匹配抗弯承载力的不等式要求。
其中:
:节点处上下柱端截面的抗弯承载力设计值之和;
:柱端弯矩增大系数(由规范规定,与抗震等级、结构类型相关);
:交汇于同一节点的梁端截面抗弯承载力设计值的总和。
“强柱弱梁”内力调整的本质是通过人为增大柱端的弯矩设计值,将柱端抗弯承载力大于梁端抗弯承载力的概念,转化为内力设计值的关系,从而满足柱端的抗弯能力高于梁端的抗弯能力的要求。
三、强柱弱梁内力调整的方法
前面讲了,强柱弱梁的调整就是将承载力调整转换为内力调整,也就是将柱端弯矩乘以放大系数。
(一)框架柱(框架结构及其他结构中的框架柱)
1、顶层柱
框架顶层柱和的柱具有较大的变形能力,可不调整。
2、中间层柱
根据抗震等级乘以不同的放大系数,,
框架结构:一级、二级、三级、四级,
其他:一级、二级、三级、四级
一级框架结构及9°设防的一级框架可不符合上式要求,但需满足
,为同一节点左、右梁端按顺时针和逆时针方向采用实配钢筋和材料强度标准值,且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面受弯承载力所对应的弯矩值之和的较大值。当有现浇板时,梁端的实配钢筋应包含梁有效翼缘宽度范围内(有效宽度范围详见2025.12.5公众号文章“混凝土框架结构学习笔记(一)”)楼板的纵向钢筋。
3、底层
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,分别取1.7、1.5、1.3和1.2。注意:
(1)此条只针对框架结构,其他结构中的框架不考虑。
(2)底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。
4、角柱
按上述要求调整后再乘以1.1系数。
(二)框支柱
一、二级框支柱顶层柱上端和底层柱下端分别乘以增大系数1.5和1.25。
框支柱的中间节点同框架柱。
其他抗震等级的框支柱顶层柱上端和底层柱下端如何考虑?
