淺談建筑結構中的強柱弱梁設計

吳 錚 郭春陽 王 越

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

0 概述

鋼筋混凝土框架結構由于其自身的側向剛度較小，地震作用引起的側向位移較大，故合理的抗震措施成為框架結構抗震性能實現的有力保證。按照多層鋼筋混凝土框架柱抗震概念設計的要求，結構應具有多道抗震防線，其中的一個原則是“強柱弱梁”。所謂“強柱弱梁”就是柱子不先于梁破壞，梁的破壞屬于構件破壞，是局部性的，柱子破壞則危及整個結構的安全。由于“強梁弱柱”型框架結構的底層柱上下端出現塑性鉸,將迅速導致結構的倒塌；反之，“強柱弱梁”型框架結構，在全部梁端出現塑性鉸并迫使結構底部也出現屈服變形時，結構才會破壞。

1 影響強柱弱梁的因素

1）柱軸壓比的影響。現行規范軸壓比限值偏高是導致框架結構抗地震倒塌能力不足的主要原因。在地震過程中,軸壓比過高容易造成柱壓潰破壞，適當控制軸壓比對實現強柱弱梁機制是非常有益處的。

2）梁計算中樓板的影響。在結構設計中一般都是不考慮樓板參與整體計算，大部分情況下是直接將荷載倒算的梁上，而在計算水平荷載(地震與風荷載)的時候考慮樓板對梁剛度的提高作用,用一個中梁(邊梁)剛度放大系數來考慮樓板的作用，但計算梁配筋的時候又只考慮矩形截面，這樣一來形成了本來是T形梁承受荷載，鋼筋計算卻完全集中在矩形截面中。

3）填充墻對結構剛度的影響。在實際工程中很多圍護結構是砌體墻，而地震作用下砌體墻與梁一起運動，無疑對梁有一個較大的加強作用。而柱子一般情況下額外承受砌體墻與梁共同作用產生的剪力，這對抗震規范“強梁弱柱”機制的實現是個很大的挑戰。對墻體較多的框架結構，填充墻在建筑中大多分布不均勻，易造成框架結構剛度中心較大偏離計算模型中的剛度中心，結構計算時僅僅進行周期折減是不能完全考慮其對框架的真實影響。

4）裂縫計算加大了梁端的抗彎能力。不合理的裂縫計算加大了梁端配筋面積，導致梁端計算彎矩過大，梁端裂縫寬度計算值大于實際值，同時，加大梁端配筋，抗震調幅與梁端裂縫撓度計算的矛盾，對“強柱弱梁”機制實現增加了新的負擔。

2 結構計算參數的選取

計算中應嚴格按照地震區的劃分，選取正確的設計基本地震加速度值。框架結構由于填充墻的存在，使結構的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震作用效應偏小，使結構偏于不安全,因而應對結構的計算周期進行折減。折減系數可根據填充墻的材料及數量按規范選取。SATWE或TAT等計算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮樓板形成T形截面而引起梁剛度增大，計算出的地震剪力偏小，使結構偏于不安全。因此計算時應將梁剛度進行放大,放大系數中梁取2.0，邊梁取1.5為宜。計算中應考慮樓梯構件的影響。SATWE軟件計算中，框架柱的角柱在特殊構件定義里面一定要設定，否則引起框架柱的角柱配筋不足。

3 現澆框架柱、梁、板的混凝土強度等級的問題

鋼筋混凝土框架結構中，設計時從構件的結構重要性和受力特征、經濟上來看，往往把梁、柱、板的混凝土采取不同的等級，但從實際情況看，弊多利少，容易出現下列問題:

1）澆筑平面內出現三種強度等級的混凝土，增加了施工難度，延長了施工工期，而且很可能由于施工管理不善，會出現低強度等級的板澆筑了高強度混凝土，而高強度等級的梁或結點處澆筑了低強度混凝土，造成了質量隱患。

2）會造成一塊樓板上四周設置施工縫、梁端部設置施工縫等不正確的施工工藝，處理不當，不但增加施工難度，而且造成質量隱患。

因此，設計時應注意:現澆框架的梁、柱和板的混凝土應盡量采用統一的強度等級，以簡化施工工藝，保證施工質量;不能統一時，可以柱采用一種混凝土強度，梁和板采用另一種混凝土強度,只在結點處采用特殊措施，比如用鐵絲網等辦法，以保證結點處混凝土等級與柱的混凝土強度一致。

4 設計構造方面的問題

梁端截面的底面和項面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計算確定外，一級不應小于0.5，二、三級不應小于0.3。對于賓館、辦公樓等有長短跨梁的建筑，短跨負筋小，長跨負筋大，可以采用長短跨負筋分別配筋的方法解決比值不滿足的問題。

框架柱配筋構造措施:1）樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺梁與其相連，使得樓梯此處的柱可能成為短柱，當形成短柱時箍筋全長加密。2）對框架結構外立面為帶形窗或設置空調洞時，因設置連續的窗過梁，使外框架柱成為短柱時箍筋全長加密。3）一級及二級框架的角柱箍筋應全長加密。一級及二級框架柱非加密區箍筋間距不應大于l0倍縱向鋼筋直徑。

總之，影響“強柱弱梁”實現的因素很多，綜合考慮各種因素，合理的計算及設計方法，尚需在工程實踐中不斷補充和完善。

5 結語

影響“強柱弱梁”機制實現的因素很多，如目前設計計算軟件的缺陷、理論研究的滯后和抗震措施的不足等。完善設計計算理論及計算軟件的開發、加快理論研究的步伐和彌補抗震措施的不足，對“強柱弱梁”機制的實現具有重大現實意義。

[1]GB50011-2010,建筑抗震設計規范[S].