如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”

虞軍委

（浙江翰城建筑設(shè)計有限公司 322000）

如何在結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”

虞軍委

（浙江翰城建筑設(shè)計有限公司 322000）

結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理直接影響“強(qiáng)柱弱梁”的實現(xiàn)，實際設(shè)計中梁端截面實際配筋量和現(xiàn)澆樓板是結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的關(guān)鍵因素。本文除了分析“強(qiáng)柱弱梁”影響因素外，還詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)設(shè)計中常有問題及解決問題的結(jié)構(gòu)設(shè)計建議，同時分析出結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的具體方法。

強(qiáng)柱弱梁；抗震；鋼筋超配

“強(qiáng)柱弱梁”是建筑設(shè)計中不可缺少的結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，它是實現(xiàn)梁鉸機(jī)制的重要途徑。在實際設(shè)計和施工中影響“強(qiáng)柱弱梁”的因素很多，除了梁端截面實際配筋量和現(xiàn)澆樓板外，還受到剛度控制系、個人設(shè)計偏向及習(xí)慣等因素的影響。造成“強(qiáng)柱弱梁”的原因很多，筆者在此文簡單說明了原因，并提出結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的方法。

一、“強(qiáng)柱弱梁”的主要影響因素

（一）梁端截面實際配筋量對“強(qiáng)柱弱梁”的影響

房屋建筑、橋梁建筑、水利建筑和公路建筑等在施工建筑過程中，梁端截面實際配筋量是極為重要的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中是核心設(shè)計部分。它的計算和設(shè)計是實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的關(guān)鍵，但實際施工建筑中，對梁端截面鋼筋使用量往往超出結(jié)構(gòu)設(shè)計使用量，增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的工作難度。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計中，大多數(shù)梁端截面是單筋矩形截面配筋，這一配筋方法忽略了鋼筋抗壓性能，而在實際施工中，配筋為雙筋截面的使用率更高，因為它的抗壓抗震性能高出設(shè)計計算出的承載力度。

在我國相關(guān)規(guī)范中，只對 9度區(qū)梁端截面實配鋼筋進(jìn)行柱端設(shè)計彎矩、計算抗震受彎承載力，并進(jìn)行承載力的調(diào)整和放大，對 9以下度區(qū)則進(jìn)行二、三級結(jié)構(gòu)設(shè)計，其設(shè)計簡單，梁端實際所能承受計算簡單明了，但彎矩計算比值通常大于柱端彎矩增大系數(shù),使“強(qiáng)柱弱梁”延性屈服機(jī)制難以實現(xiàn)[1]。

（二）現(xiàn)澆樓板對“強(qiáng)柱弱梁”的影響

實際施工與結(jié)構(gòu)設(shè)計最大的區(qū)別在于，實際施工中現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的建立是樓板與框架梁一起澆筑實現(xiàn)的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計中，兩者的設(shè)計是獨立的，這也是實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的一大工作難度。從實際施工經(jīng)驗中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆樓板對“強(qiáng)柱弱梁”的影響體現(xiàn)在樓板提高框架梁抗彎剛度和抗彎承載力方面。樓板與框架梁一起澆筑過程中，最先考慮的是樓板在框架梁中提高中梁和邊梁抗彎剛度的施工方法，其方法一般是通過樓板在原框架梁矩形截面剛度的基礎(chǔ)上，將中梁和邊梁抗彎剛度增加2倍和1.5倍。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的主要問題

（一）梁端彎矩相關(guān)數(shù)據(jù)與截面相關(guān)數(shù)據(jù)存在差異

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)分析計算是必要的設(shè)計工作，其框架計算一般涉及到建筑物兩柱之間的心線距離，計算支座負(fù)彎矩最大值為柱邊hb/4處。雖然計算出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，但計算過程中忽略柱截面寬度對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，而構(gòu)件抗震力的計算只限于梁端截面，計算出的抗震承載力和性能參數(shù)與梁端彎矩存在很大差異，增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的難度。

（二）梁端截面底部鋼筋配置數(shù)量和配置方法不合理

主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)量與實際施工配置的不合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計中的梁是框架柱，而實際工程施工中的梁是單筋矩形截面配筋，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計中梁端截面底部鋼筋配置數(shù)量和實際工程施工中梁端截面底部鋼筋配置數(shù)量不匹配，通常是實際使用量超過結(jié)構(gòu)設(shè)計使用量。

（三）忽略了現(xiàn)澆樓板配筋對梁端實際受彎承載力的影響

在實際工程施工中施工人員往往只關(guān)注梁端截面底部鋼筋對梁端實際受彎承載力的影響，而忽略澆樓板配筋對梁端實際受彎承載力的影響，導(dǎo)致施工中出現(xiàn)澆樓板配筋抗震受壓承載力弱的結(jié)果。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計建議

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計“強(qiáng)柱弱梁”時應(yīng)優(yōu)先考慮抗震等級的設(shè)計，對梁端截面鋼筋抗震抗彎力度進(jìn)行放大調(diào)整。

2、機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)全面分析梁端塑性內(nèi)力，劃分其分布空間。豎向荷載作用下應(yīng)適當(dāng)調(diào)整和降低支座負(fù)彎矩，這里主要是指現(xiàn)澆框架梁的支座彎矩，其調(diào)整系數(shù)范圍在0.84～ 0.90之間，同時控制梁跨中設(shè)計彎矩值不得超過支梁計算跨中彎矩的一半。

3、使用塑性內(nèi)力重分布分析法進(jìn)行端截面配筋和裂縫的驗算，并使用柱邊緣處計算法進(jìn)行梁端彎矩設(shè)的計值,減低裂縫寬度驗算給“強(qiáng)柱弱梁”驗算帶來的負(fù)擔(dān)。

4、加強(qiáng)對梁跨中截面底部配筋和梁端截面底部鋼筋的了解，以便于區(qū)分它們的設(shè)計要求、施工要求、運用理論及概念。對梁端截面底部配筋要求的了解，這不但利于做好梁底鋼筋數(shù)量控制工作，還有利于實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”保證節(jié)點區(qū)混凝土的質(zhì)量。

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)提高對澆樓板鋼筋的關(guān)注，了解它對梁端部截面的實際抗震抗彎承載力。在進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”相關(guān)數(shù)據(jù)計算時，需要設(shè)置開關(guān)這有利于結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師了解矩鋼筋實際配置情況，

四、結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的方法

“強(qiáng)柱弱梁”在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的設(shè)計意義主要是加強(qiáng)建筑物的抗震性能、抗壓性能還承載力，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”是建筑業(yè)發(fā)展的需要，是建筑施工的核心，是增強(qiáng)抗震力的有效途徑，結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”主要從以下幾方面進(jìn)行。第一，混凝土澆樓板和梁要以 T形梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，其樓板剛度應(yīng)控制在1.5-2.0。在實際設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)剛度分配原理和調(diào)整梁的計算內(nèi)力，并進(jìn)行梁截面設(shè)計。例如，首先應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，進(jìn)行科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并分析梁的剛度放大系數(shù)。對于系數(shù)為1.8的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計內(nèi)力Md應(yīng)該進(jìn)行折減調(diào)整，以Md/1.8為矩形截面梁設(shè)計彎矩，設(shè)計剪力Vd不調(diào)整[2]。第二，梁端的設(shè)計彎矩理論應(yīng)以柱邊彎矩為準(zhǔn)，pkpm以柱中線彎矩進(jìn)行設(shè)計，這增大了梁端截面配筋量。第三，在極限狀態(tài)下進(jìn)行梁端截面裂縫控制和跨中饒度控制，結(jié)合 T型截面設(shè)計并利用剛度分配原理折減設(shè)計彎矩，適當(dāng)對柱端內(nèi)力進(jìn)行控制。將以上三中結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際情況、國家相關(guān)規(guī)定和個人設(shè)計優(yōu)勢相結(jié)合，便能輕而易舉在結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。

結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計中實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”是加強(qiáng)建筑物抗震性能的核心途徑，框架梁塑性內(nèi)力計算、梁端負(fù)彎矩抗震受壓承載力控制、梁端彎矩設(shè)計值、梁端截面底部鋼筋設(shè)計數(shù)量、截面配筋方法及裂縫驗算是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

[1]周穎.淺談框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中“強(qiáng)柱弱梁”的實現(xiàn)問題[J].科教文匯(上旬刊),2013,04:90+107.

[2]陳陽,呂峰.淺議混凝土框架設(shè)計中“強(qiáng)柱弱梁”的實現(xiàn)[J].林業(yè)科技情報,2010,01:23+26.

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1007-6344（2016）09-0060-01