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。随着外力的增加，结构各组成部分的刚度起变化，如果它们仍都处于弹性阶段，力的分配比例不变。如果一部分构件已进入塑性阶段，刚度变小，那么外力就会进行重分配，各个构件分配到的外力就会起变化。这种规律是对不同类型的结构都是通用的。如果某构件刚度太大而强度太小，用专业的话来说：就是“志大才疏”，活儿揽了一大堆，结果什么都干不了。例如，以前有采用承重砖墙和钢筋混凝土框架共同工作的结构。地震来了，砖墙截面大，弹性刚度大，吸引了很大部分力，但强度特别是受拉强度太小，结果没等钢筋混凝土框架发挥作用，砖墙就先倒了。搞清楚了“刚度”与“强度”两个概念，去理解“强柱弱梁”就简单多了。
2、实际震害调查中出现“强梁弱柱”型的破坏的原因
在汶川地震震害调查时，因未实现“强柱弱梁”而引起结构破坏的情况比比皆是，这充分说明目前设计人员对于规范的理解不够透彻，对延性设计的概念不够清晰，迷信程序，盲目放大配筋，造成了严重的后果，这都是血的教训。
为什么我们一再强调“强柱弱梁”的重要性，但是历次地震中还是出现了不少“强梁弱柱”呢？汶川地震灾害再次警示我们，应该认真分析，对症下药，做好设计的各个环节，确保真正实现“强柱弱梁”。通过以上示例，我们可以来分析下未实现“强柱弱梁”的原因，主要原因有以下几点：
1.忽略现浇板作为框架梁的翼缘对其承载力的贡献
抗震设计时，一般采用现浇钢筋混凝土结构，由于梁、板整
体浇筑，框架梁邻近的楼板实际上参与梁受力，成为梁的翼缘和梁共同工作，可以显著提高框架梁的抗弯刚度和承载能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在水平地震作用下，当梁端承受正弯矩时，楼板和框架梁共同组成了“T”形截面，增加了框架梁的混凝土受压区宽度；当梁端承受负弯矩时，此部分楼板的配筋实际上也是框架梁负弯矩钢筋的一部分。如果框架梁的承载力计算仅按矩形截面，这就低估了框架梁的实际抗弯承载力，而以这个偏小的框架梁的抗弯承载力计算值去考虑“强柱弱梁”，将会使框架柱的实际正截面承载力可能并不比框架梁的实际抗弯承载力大，甚至还要小。国内外的许多研究表明：框架梁邻近楼板内的配筋会使框架梁的实际抗弯承载力增大20％～30％，甚至有些情况下会增大近一倍。因此，当然也就谈不上“强柱弱梁”了。所以，建议ηC在原规范规定的基础上再增大30%左右。
2.框架梁计算配筋值和设计时的实际配筋值的差距
框架梁的受力钢筋超配有多种原因：当框架梁端由静载作用下的裂缝或挠度控制时，其纵向受力钢筋往往配置较多，大于抗震设计时的承载力配筋，按这个配筋反算的框架梁端抗弯承载力比有地震效应组合时的控制内力要大，但按抗震规范进行“强柱弱梁”设计时，仍采用框架梁端有地震效应组合时的控制内力，这就造成了梁端钢筋的超配。
梁端控制截面在柱边，如果按轴线计算简图求得的弯矩和剪力设计值进行梁端的配筋计算，显然就加大了梁端截面的配筋量，这也是一种超配。
其实更为常见的情况是：实际工程中，很多工程师都存在“算不清，多配筋”的错误思想，因此某些框架梁端的实际配筋往往大于计算配筋值，多配筋的现象非常严重，对抗震非常不利。
3、如何在设计中正确贯彻“强柱弱梁”原则
通过以上实例，笔者提出实现“强柱弱梁”的设计建议，采用“加法、减法”相结合的方法：
1）所谓“加法”就是限值柱的轴压比和剪压比、柱配筋适当加大。
2）所谓“减法”就是当框架梁端和跨中下部钢筋计算值差异过大时，应适当控制跨中下部钢筋进入支座的数量，在满足梁端正弯矩承载力配筋要求后，其余跨中下部钢筋不必伸人支座，在支座以外截断即可。国家平法图集16G101-1中就有此种做法，具体可详见该图集构造详图。
3）梁的计算弯矩应采用柱边截面的弯矩，混凝土保护层厚度计算值应取规范规定的最小值，避免因裂缝宽度验算导致框架梁梁端钢筋的增加。其实真的发生地震了，梁端出现裂缝对“强柱弱梁”是有利的。
4）应考虑梁柱节点的刚域影响，框架梁应采用净跨单元，取用柱边截面的梁端内力和配筋，使计算截面和内力与构件的实际部位一致。
其实按“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，因此保证柱的抗地震倒塌能力是框架抗震设计的关键。现在我们通过框架柱的抗震构造措施，如限值柱的轴压比和减压比，采用适当的配箍量以约束混凝土等。使框架柱具有大的弹塑性变形能力和耗能能力，达到在大震作用下，即使柱端出铰，也不会引起框架倒塌，实现“大震不倒”的设防目标。
4、结束语
在抗震设计中，并不是一味地多配钢筋就能保证房屋的结构安全，梁端钢筋多配了，势必造成柱子的相对薄弱，而地震的烈度是无法预测的，强震作用下势必造成薄弱环节的柱子先行破坏，反而可能使房屋发生倒塌性破坏。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010.
[3] 朱炳寅 《建筑结构设计问答及分析》，中国建筑工业出版社，2009年出版。
[4] 沈聚敏，周锡元，高晓旺 《抗震工程学》（第二版），中国建筑工业出版社，2015年出版
论文作者:胡树松,许宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：框架论文; 刚度论文; 弯矩论文; 截面论文; 承载力论文; 钢筋论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第15期论文;