强柱弱梁的毕业论文

强柱弱梁的毕业论文（通用6篇）

篇1：强柱弱梁的毕业论文

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。

关于第2点补充下个人观点：我认为将跨中梁底所需的钢筋部分伸入支座，当进行计算支座负筋时，可按照T形截面进行计算，考虑梁底钢筋承担的受压作用。

篇2：强柱弱梁的毕业论文

1，“强柱弱梁”的本质

指梁柱节点处，柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力。2，为什么要保证“强柱弱梁”？

因为框架结构的变形能力与其破坏机制有很大的关系。

研究表明：梁先屈服，即梁端先出现塑性铰，可使整个框架结构产生较大的内力重分布，从而增强结构的耗能能力和极限层间位移，抗震性能较好。

若柱先屈服，则可能使整个结构变成几何可变体系，造成结构倒塌。3，怎样保证“强柱弱梁”？

一般采用增大柱端弯矩设计值的方法（框架抗震等级为一、二、三级时，柱端弯矩增大系数分别取1.4、1.2、1.1），PKPM程序自动考虑这一规定。

4，哪些因素导致无法准确实现“强柱弱梁”？

① 结构内力分析时考虑了楼板的约束作用（梁截面为T形，PKPM中以边梁和中梁的刚度放大系数来考虑），但梁的承载力设计时仍以矩形截面来配筋，并没有考虑楼板的约束作用，低估了梁的承载能力。

实际应该这样处理：按T形截面进行的内力分析，就应根据所得的承载力按T形截面进行配筋；或者将按T形截面进行内力分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 梁端配筋采用的是柱中线处的内力，而实际上应该采用柱边的内力，而柱中线处的内力比柱边的内力大约20%，实际上增加了梁端的配筋。

③ 由于设计习惯和钢筋需要归并等原因造成梁配筋的增大。

如何理解“强剪弱弯”？

1，“强剪弱弯”的本质

指梁、柱和剪力墙底部的斜截面实际受剪承载力大于实际受弯承载力。

2，为什么要保证“强剪弱弯”？

因为弯曲破坏是延性破坏，有一定的征兆，如裂缝、挠度等；而剪切破坏是脆性破坏，没有任何预兆突然破坏。所以要保证构件在发生弯曲破坏前不产生剪切破坏。

3，怎样保证“强剪弱弯”？

一般采用增大梁端、柱和剪力墙剪力增大系数的方法（框架抗震等级为一、二、三级时，梁端剪力增大系数分别为1.3、1.2、1.1；柱剪力增大系数分别为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别为1.6、1.4、1.2）。PKPM程序自动考虑这一规定。

具体配筋时，可采取以下措施来尽量保证“强剪弱弯”：

1，增大箍筋直径，减小箍筋间距。

2，必要时，某些构件的箍筋可全长加密，如连梁、短柱等。

3，主次梁交接处，设置附加箍筋和弯起钢筋。

如何理解“强节点弱构件”？

1，“强节点弱构件”的本质

指节点区域的实际承载力大于构件的实际承载力。

2，为什么要保证“强节点弱构件”？

因为节点失效，与之相连的梁柱等构件全部失效，结构也坍塌失效。

3，如何保证“强节点弱构件”？

一般通过构造措施来解决，如规定梁纵筋的锚固长度、锚固形式等，详见《混凝土结构设计规范》10.4节梁柱节点。

梁的延性靠的是箍筋，箍筋约束混凝土，可延长混凝土从受压到破坏的时间。地震时产生的水平剪力主要靠箍筋来承担，这也是需要提高延性时采用箍筋加密的根本原因。

而梁的纵筋主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提高梁端的塑性转动能力，不是梁延性的主要控制因素。

“强梁弱柱”破坏分析

抗震设计中, “强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”一直是各国抗震规范所强调的, 但汶川地震的实际情况不容乐观。实现“强柱弱梁”,现行规范存在不足。叶列平等[ 2] 就“强柱弱梁”未能实现的原因提出诸多观点, 认为出现这一破坏现象的原因有: 填充墙等非结构构件的影响;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;!梁端超配筋和钢筋实际强度超强;∀ 柱轴压比限值规定偏高, 柱截面尺寸偏小;# 柱最小配筋率和最小配箍率偏小;∃ 大震下结构受力状态与结构弹性受力状态存在差异;% 梁柱可靠度的差异。现阶段而言, 应主要考虑以下几个方面的因素。1.1 填充墙等非结构构件影响

填充墙作为框架结构的重要组成部分, 主要起围护作用, 而不作为受力构件存在。但其存在不可避免地影响结构受力性能: 结构错层处、楼梯、窗下等部位, 填充墙使框架长柱变成短柱, 发生剪切破坏;同一楼层间填充墙位置、数量的变化, 在水平方向改变结构的侧向刚度分布, 从而改变地震内力的分布;不同楼层间填充墙位置、数量的变化, 在竖直方向改变层间刚度分布, 形成“薄弱层”,最终导致“层屈服机制”的出现。现行抗震规范[ 3] 第3.7.4 条规定: 围护墙和隔墙应考虑对结构抗震的不利影响, 避免不合理设置而导致主体结构的破坏, 但未给出如何考虑填充墙对结构抗震不利影响的具体方法。工程计算中常采用考虑非承重墙刚度对结构自振周期的折减系数T 来调整结构的自振周期, 从而影响地震力的计算, 这事实上是远远不够的。笔者通过有限元程序分析一典型框架结构(结构尺寸及布置如图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)不同填充墙材料、不同空间布置时, 在T aft 地震波、El-Cent ro 地震波和广州人工波作用下的结构地震反应, 认为:(1)填充墙材料性质造成其自身刚度的不同, 随填充墙自身刚度减小, 对框架抗侧刚度的贡献减小, 依次是标准砖、空心砖、加砌混凝土砌块, 但即使采用低强度砌块, 填充墙刚度对框架结构的影响也不能完全忽略。

(2)结构同一层随隔墙数量增加, 周期减小, 结构刚度变大, 层间刚度突变越来越不明显, 当上下层 的隔墙布置仅有少量差异时, 结构周期非常接近, 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 ≤45%时, 应将该

层视为“薄弱层”。为保证有足够的安全度, 实际设计过程中, 建议w 不低于60%。

(4)“薄弱层”在底层时, 对结构整体性能影响最大, 地震力作用下底层发生破坏的可能性最大;“薄弱层”往顶层移动, 只在“薄弱层”位置处位移增大,刚度突变, 上下层刚度比增加, 但与其上相邻三层刚

度均值之比却在减小, 刚度比不满足规范要求;“薄弱层”在顶层时, 对结构整体影响最小。(5)“薄弱层”填充墙的数量及其在楼层中的位置是影响自振周期计算的两个主要原因;随“薄弱层”位置不同, 填充墙对框架抗侧刚度的参与率不同, 随高度增加而有所减小, 建议规范提出考虑填充墙影响的框架抗侧刚度计算模型。

1.2 楼板对框架梁承载力及刚度的影响框架结构中, 楼板与梁共同浇注, 实际参与梁的受力, 一定程度上提高了框架梁的抗弯刚度和承载力。影响现浇楼板对框架梁增强作用程度的主要因素有节点类型、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实际抗弯承载力增大20%～30%, 甚至有些情况下会增大近1 倍[ 5]。但结构设计中仅考虑楼板对框架梁抗弯刚度的提高, 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。此做法虽然增大了梁端弯矩, 但同时亦增大了梁的配筋, 且楼板钢筋的作用未计入。因此,要真正实现“强柱弱梁”的设计目标, 必须考虑楼板有效翼缘宽度范围内, 梁受到的增强作用, 并将其等效为T 形或者 形梁进行设计计算。1.3 柱轴压比的影响

文献[ 3] 规定, 框架结构柱的轴压比限值在0.7～0.9 之间, 随抗震等级提高而减小。与日本规范相比, 我国规范的轴压比要大很多, 是其2～3 倍。轴压比限值越高, 柱的截面允许尺寸就越小。这一做法虽然能够满足使用空间大、美观经济的要求, 但减小了安全储备, 同时降低了梁柱线刚度比, 使得“强柱弱梁”机制难以实现。抗震规范对“强柱弱梁”的考虑现行抗震规范对“强柱弱梁”的考虑主要通过调整梁端柱端弯矩的比值来控制。由于地震的复杂性、楼板的影响、钢筋屈服强度的超强, 难以通过精确的计算真正实现“强柱弱梁”。

规范最新修订稿[ 6] 即送审稿对上述条款作了适当调整, 提高了框架结构的柱端弯矩增大系数, 从原先的“一级取1.4、二级取1.2、三级取1.1”,提高到“一级取1.7、二级取1.5、三级取1.3;其他结构类型中的框架, 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出现塑性屈服, 对原先的“一、二、三级框架结构的底层, 柱下端截面组合的弯矩设计值, 应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15”,提高到“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, 应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3 和1.2”。同时指出, 要真正实现“强柱弱梁”,除了按实际配筋计算外, 还应计入梁两侧有效翼缘范围楼板钢筋的影响。所以送审稿虽在一定程度上加大了框架柱的配筋量, 但能否真正实现“强柱弱梁”, 尚存在疑问。

送审稿(文献[ 6])同时修改了框架结构的抗震等级确定条件, 将文献[ 3] 中以30 m 为界限区分不同设防烈度区域的抗震等级, 改为以24 m 作为界限高度;并将柱轴压比限值, 从原先的一级取0.7、二级取0.8、三级取0.9, 降低为一级取0.65、二级取0.75、三级取0.85。这对24～30 m 高的框架结构来讲, 承载力得到较大提升, 同时, 柱轴压比限值的减小一定程度上提升了柱的承载力和刚度。

此外, 送审稿从“强剪弱弯”角度出发, 提高了柱剪力增大系数: 由原先的一级取1.4、二级取1.2、三级取1.1, 提高到一级取1.5、二级取1.3、三级取1.2。“强柱弱梁”破坏机制的实现受到众多实际因素的制约, 必须进一步研究填充墙等非结构构件对梁柱刚度的影响并体现到设计计算中去;必须进一步研究现浇楼板对梁刚度和承载力的影响, 并在实际设计中予以考虑;还需要更为严格地限制柱的轴压比, 以提高柱的刚度至合理范围。

建筑抗震规范送审稿虽然提高了柱的弯矩增大系数和剪力增大系数, 同时降低了判别框架结构抗震等级的界限高度, 使柱承载力得到提高。算例柱的抗弯承载力提升10.8% ～33.1%, 抗剪承载力提升11.1% ～19.3%, 但仍“只在一定程度上减缓柱端的屈服”。在柱承载力提高的同时, 结构造价有所提高,总造价增加19.9%左右。

保证强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的概念设计

为了保证强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的抗震设计概念，设计中应满足如下要求： ⑴ 实配柱纵筋和箍筋时，应考虑梁翼缘板的作用和梁裂缝宽度验算或超配而增加梁纵筋的影响。

⑵ 对于大跨度的框架结构，框架柱的线刚度须大于框架梁的线刚度的1.1倍。

⑶ 高层建筑结构柱的最小截面不应小于350×400，且须满足梁钢筋的水平锚固的要求。⑷ 框架柱纵向钢筋的最小配筋率，应比《建筑抗震设计规范》规定的最小配筋率提高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，须考虑二层以上砌体的侧面刚度，底层应布置适量的剪力墙或支撑，控制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)剪力墙竖向分布钢筋直径应≥10㎜，剪力墙边缘构件（暗柱）钢筋直径应≥14 ㎜

汶川地震震害表明，结构柱底或柱顶破坏严重，未能体现强柱弱梁、强剪弱弯的设计概念，由于梁翼缘板和梁裂缝宽度验算增加的梁纵筋的作用，低估了梁端的承载力，相对高估了柱端承载力，因此在实配柱纵筋和箍筋时，应考虑这部分梁纵筋的影响： 柱增加的单向纵筋和箍筋可按以下简化计算确定：

为了减轻设计人员的工作量，可按以下方法配筋：（a）考虑梁翼缘板的影响时，柱纵筋单边增加3（二级钢），柱箍筋增加量对于小截面框架柱（高度），在箍筋间距200 情况下，单边增加0.503(即一级钢)；对于框架柱截面高度大于，柱箍筋可不增加。

（b）考虑梁裂缝宽度验算或超配影响时，柱纵筋单边增加50%Agb，Agb为验算裂缝宽度或超配增加的梁面支座钢筋。柱箍筋应计算其增加量。一般情况下，由于有板的有利作用，无须再增加梁支座钢筋的数量。

⑵ 对于大跨度的框架结构，规定了柱截面的最小尺寸，由于梁跨度大，梁截面和梁跨中底筋较大，梁底筋全部伸入柱内，也形成了强梁。因此框架柱的截面和配筋也应满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结构，按照规范的轴压比要求设置柱截面，截面尺寸偏小，有些可达到350×350㎜，需控制最小的截面尺寸，且还须满足梁的纵筋的水平锚固要求；

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，很多工程采用Φ14钢筋即可达到要求；设计时未考虑梁翼缘板对梁端承载力提高，不能满足强柱弱梁的设计概念，因此规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，底层结构柱在汶川地震震害非常严重，震害表明，二层以上砌体对侧向刚度贡献还是很大的，这会造成底层和二层以上的刚度比相差较大，底层存在软弱层，设计时需考虑上、下层刚度的差异，最直接有效的办法即在空旷底层设置剪力墙或支撑，且底部竖向构件地震剪力放大1.15倍。

(6)200mm厚剪力墙竖向分布钢筋直径用8㎜和暗柱钢筋直径用12㎜，虽可满足规范的最低限要求，但整栋建筑均采用规范的最低限要求，是不合适的，因此规定钢筋的最小直径。

读书的好处

1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文

5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

8、读书要三到：心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游

15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿

17、学习永远不晚。——高尔基

18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向

19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子

篇3：对“强柱弱梁”屈服机制的分析

钢筋混凝土框架结构在进行抗震设计时,要求结构应具有良好的延性,以便在地震发生时,结构具有较强的塑性耗能能力,保证实现“大震不倒”,其中一个重要的设计原则就是强柱弱梁,避免结构形成同层所有柱端出现塑性铰的层侧移机构[1~2]。为了达到这一要求,《建筑抗震设计规范》主要考虑梁端抗弯纵筋可能的超配筋,钢筋强化和地震作用下不确定性等影响,通过保证梁柱节点处柱、梁抗弯承载力比,对强柱弱梁设计做了以下规定[3~4]:

二级和三级框架结构应符合:

9度设防烈度和一级抗震等级的框架结构尚应符合:

参数详见《建筑抗震设计规范》[3~4]条文。

虽然《建筑抗震设计规范》对强柱弱梁的设计做出了具体的规定,但在汶川地震中,发现大量的框架结构出现柱端破坏的震害,即形成所谓的强梁弱柱屈服机制,对结构抗震极为不利。

1 影响强柱弱梁形成机制的因素

影响强柱弱梁的形成机制的因素有很多,而由于梁端超配筋使得框架结构形成事实上的强梁弱柱是一个非常重要的因素,在实际设计中,人为因素、构造要求和正常使用要求均有可能造成梁端的实际抗弯承载力超过调整后梁端组合弯矩设计值,从框架结构的设计分析结果来看,梁端超配筋主要来自以下几个方面的原因。

(1)设计人员的因素造成梁端钢筋超配

一些设计人员出于安全的考虑,在配置钢筋时,对梁端和梁底钢筋进行加大,但对框架柱的配筋不做相应的调整,相当于仅仅提高了梁端的实际抗弯承载力,即提高了梁端的实际组合弯矩设计值,相对来说就是削弱了柱端抗弯承载力,因此不利于防止柱端的屈服,对结构的抗震不利[5]。

(2)控制裂缝造成的梁端超配筋

钢筋混凝土框架结构在正常使用条件下的裂缝宽度控制在0.2~0.3mm。为了满足此要求,从大量的设计结果分析来看,此时,梁端实际配筋的承载力弯矩设计值比组合弯矩设计值大,因此,使得梁端形成事实上的超配现象[6]。

(3)因构造原因造成的梁端钢筋超配

抗震设计时,梁跨间最大正弯矩应是水平地震作用产生的跨间弯矩与相应的重力荷载代表值产生的跨间弯矩的组合,由于水平地震作用可能来自左右两个方向,因为考虑两种可能性,分别求出跨间弯矩,然后取跨间最大弯矩进行截面配筋计算,如图1所示。

当梁跨度较大时,一般情况下,跨间最大组合弯矩大于其中一个支座组合弯矩,设计时,由于梁底钢筋全部伸入到柱内锚固,因此按跨间最大组合弯矩所配实际钢筋相对于支座组合弯矩设计值来说形成超配筋现象。

2 计算算例

为了研究梁柱节点处梁端弯矩对柱端弯矩的超配现象,下面以一个工程实例来展开研究。

图2为四层钢筋混凝土框架结构,底层层高4.5m,其余各层均为3.6m,框架柱截面尺寸为500mm×500mm,框架梁尺寸为250mm×500mm,板厚120mm。楼板恒载4.0k N/m2,楼板活荷载3.5k N/m2,屋面恒载6.0k N/m2,屋面活荷载0.5k N/m2,雪荷载0.5k N/㎡,不考虑内墙荷载。抗震设防烈度为7度,场地类别为三类,第一分组,Tg=0.45αmax=0.08,框架等级抗震等级为三级,中梁刚度放大系数取2.0,由于建筑总高不高,暂不考虑风荷载作用。荷载组合根据规范要求采用以下三种:γRE[1.2(SGK+0.5SQK)+1.3SEK]、1.35SGK+1.0SQK、1.2SGK+1.4SQK。

取二层B节点进行研究。由于是对称结构,仅考虑左震,梁端弯矩以绕杆端顺时针方向转为正,梁跨内弯矩以下端受拉为正,各截面如图3所示。

经计算,a截面的组合弯矩设计值M=-73.1k N·m,b截面的弯矩设计值为M=-89.7k N·m,梁端组合弯矩1、2、3、4截面设计值分别为:104k N·m、140.4k N·m、22.5k N·m、184.3k N·m,AB、BC跨内最大组合弯矩设计值为111k N·m。弯矩调整前,B节点的弯矩如图4a,根据《建筑抗震设计规范》的要求,按公式(1)对B节点进行调整,调整后的弯矩如图4b,由于梁底采用通长配筋,BC跨梁底的配筋弯矩设计值为该跨内最大组合弯矩设计值111k N·m,所以BC跨B端梁底的配筋弯矩设计值实为111k N·m,因此B节点的实际弯矩图如图4(c),此时,∑Mb=140.4+111=251.4k N·m=1.4×(80.5+98.7)=1.4∑Mc,如果再考虑由于控制裂缝原因,取梁端弯矩的超配系数1.1,即1.1×140.4=154k N·m,此时则有∑Mb=154+111=1.48∑Mc,如图4(d)所示。

因此,尽管在框架结构设计时考虑过柱端弯矩的调整,但是由于多方面的原因,使得梁端形成超配筋现象,很难实现我们所希望的强柱弱梁的屈服机制。

3 结论

有公式(2)知,9度设防和一级抗震等级的框架结构,其梁柱节点处的柱端弯矩组合是根据梁端实配钢筋进行调整,如果不考虑楼板钢筋的影响,基本上不存在梁端钢筋超配现象,但对于二级、三级抗震等级的框架结构,通过计算发现,在梁柱节点处存在严重的梁端钢筋超配现象,形成事实上的强梁弱柱,因此对结构抗震不利。

为了使框架结构形成真正的强柱弱梁屈服机制,在框架柱设计时,可以将中梁刚度放大系数取为2.0,边梁刚度放大系数取为1.5,并将公式(1)中的适当放大;而在设计框架梁时,梁的放大刚度系数都取为1.0,其梁端弯矩设计值也会减小10%~20%左右,这样一增一减,便可实现真正的强柱弱梁,有利于结构的抗震。

摘要：对钢筋混凝土框架结构的强柱弱梁设计原则进行了分析,结合工程实际震害,得出梁端超配筋现象是影响强柱弱梁的一个重要因素,归纳了造成梁端超配筋的原因,并结合工程实例具体说明梁端超配筋的形成过程,就设计过程中如何实现强柱弱梁提出了建议。

关键词：框架结构,强柱弱梁,组合弯矩,抗震性能

参考文献

[1]叶列平,曲哲,等.从汶川地震框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现[J].建筑结构,2008(11).

[2]叶列平,曲哲,等.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思想与方法[J].建筑结构学报,2008(4).

[3]GB50011-2010《建筑抗震设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[4]GB50011-2002《混凝土结构设计规范》[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[5]]韦锋,傅剑平,等.我国混凝土框架结构强柱弱梁措施的实际控制效果[J].建筑结构,2007(8).

篇4：强柱弱梁设计分析

关键词：强柱弱梁 钢筋混凝土框架结构 现浇框架结构 楼板开角缝

“强梁弱柱”式建筑破坏在2008年汶川地震建筑倒塌事件中表现得尤为突出，因此设计并建造具有较强抗震能力的钢筋混凝土框架结构，结合结构中的每个节点达到设计目标，分析有限元软件ADINA在浇钢筋混凝土框架结构梁柱节点中的拟静力与地震动力反应，考虑现浇楼板对梁抗弯承载力的影响，从“强柱弱梁”的特点出发提高框架柱的抗弯能力及延展性成为现代建筑设计中不可忽视的细节。

强柱弱梁是建筑结构设计中的必须考虑的理念，在设计时强化柱端弯矩在同比节点中的弯矩程度，便能够减小在地震中的破坏力度，尽力耗散地震能，降低发生结构倒塌的可能性。2008年之后，我国现有的建筑运用了不同的柱端弯矩方式以增大系数预防地震的破坏。通过材料强度、几何尺寸、梁端纵筋超强性能、单个节点“强柱弱梁”设计的可靠程度等因素的制约关系，从不同柱端弯矩来增大系数的方式考虑，分析了强柱系数对结构整体失效概率的影响，

下文，笔者将具体从钢筋混凝土框架结构、现浇框架结构、楼板开角缝RC框架出发，以此为例，分析强柱弱梁设计。

一、钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计分析

通过钢筋混凝土框架结构在地震中的破坏机理研究所示，分析结构损伤机理和破坏模式的重要方法是研究结构的弹塑性时程，它是成功检验结构抗震和抗倒塌设计的综合方法。

在地震作用下，钢筋混凝土框架结构的破坏是因构件刚度退化、承载能力下降或丧失，结构局部或整体倒塌的现象，它是一个集结了损伤、发生、积累、演化的过程。

在设计数值计算时，建立了物理力学模型，科研人员据此提出了有限元分析理论，扩大了这种分析方法的适用范围，强化了弹性和弹塑性在钢筋混凝土框架结构中的生命力。

有限元分析理论在钢筋混凝土框架结构的分析中采用了有限单元模型的有杆单元、三维实体单元、三维空间结构模型单元的常用方法，在进行结构非线性分析计算时，隐式迭代数值积分方法和显式中心差分积分两种有限单元分析方法也解决的很多实际问题，明确了基于变形、基于刚度和基于最大位移与能量双重标准的三大确认破坏程度的判定准则，获得了结构刚度矩阵和变化规律的理论数据。

再从钢筋混凝土框架结构的安全角度考虑，加强柱端弯矩的增大系数有利于实现强柱弱梁的设计原则，降低结构发生倒塌或是破坏的概率，从经济效益方面来看，也相应地增加了结构造价的投资，和未来可能带来的经济损失相比，提高经济效益是显而易见的。

二、现浇框架结构柱端CFRP加固强柱弱梁设计效果分析

有限元软件不仅对钢筋混凝土框架结构有明显的作用，它也影响着现浇楼板对梁抗弯承载力，如果采用外包碳纤维布在框架结构普通梁板柱节点和柱端用碳纤维加固节点进行加固维稳，就能够提高高框架柱的抗弯能力，实现“强柱弱梁”的设计目标。

在一般的建筑中，梁、板、柱通常使用C30混凝土进行浇筑，这时建立分离式结构模型时采用有限元软件ANSYS就是非常不错的选择，采用多线型弹塑性材料模型、双线性弹甥性材料模型和线弹性材料模型三种模型材料在划分网格后的混凝土、钢筋、碳纤维三个领域的共用节点上可以完整的结合起来，他们的参数特点如下图所示：

根据钢筋混凝土框架结构梁柱节点破坏的实际情况以及对楼板中钢筋的影响程度所示，在结构不同的水平侧移值标准下，普通节点的梁端处与纵梁平行的部分板面和板底钢筋应力的变化将各不相同。

根据碳纤维束加固方法，想要达到在梁柱节点处柱端对“强柱弱梁”机制的影响效果，我们可以对比普通节点与柱端碳纤维增强复合材料（CFRP）加固节点处钢筋被破坏的机制特点，以梁纵筋应力与柱纵向主筋应力数值为基础，设计在柱端CFRP加固节点的“强柱弱梁”效果设计方案，达到有效加固的效果，实现应力的重分布，有效提高抗弯承载力。

三、楼板开角缝实现RC框架“强柱弱梁"效果分析

地震的强震感往往使框架结构在首层的节点处被破坏的尤其严重，三层以上的结构反而不易破坏，针对首层楼板开角缝对梁和柱的影响作用，就不开角缝的普通节点，以200 mm的角缝边长为开缝节点、和开角缝对首层柱脚抗震性能的影响，分析普通节点框架模型和楼板开角缝模型的数值模拟特点，可以看出开缝前后梁柱端截面的破坏程度，获知“强柱弱梁"的效果。

（1）普通节点一不开角缝

根据不开角缝的普通节点所示内容，结合实际的情况研究分析可以知道，地震作用对普通框架结构、框架梁和柱端塑性的破坏基本相同，按规范设计的框架结构并没有达到“强柱弱梁”的效果要求。

（2）开缝节点一角缝边长200 mm

在实际研究中矩形截面梁承担了楼板的部分弯矩力度，推迟了柱端出现塑性铰的可能性，由此可以看出楼板开角缝能使楼板钢筋对梁抗弯承载力的强化作用部分消除，改变框架结构节点处梁柱的破坏机制，更好的实现“强柱弱梁"效果。

（3）开角缝对首层柱脚抗震性能的影响

对于框架结构中的底层构造和模型柱底的固定端连接示意图所示，柱底发生塑性变形，柱脚处被破坏的可能性十分大，也无法避免，只能尽可能延迟被破坏的时间增强结构的延性性能。实验过程中，当梁端处开裂范围不断增大时，裂缝反而越来越密集，只有拉、压边缘会出现少量裂痕，由此可见，楼板的开角缝具有明显的效果，RC框架结构在“强柱弱梁"的效果上获得了有效的研究成果。

参考文献：

[1] 侯晓锋.高层建筑结构抗震设计分析[J].科学与财富，2012，（1）：122—122.

[2] 宋珂，王兴国，郝泽静等.现浇框架结构柱端CFRP加固强柱弱梁效果分析[J].广西大学学报（自然科学版），2012，37（1）：21—28.

[3] 蔡龙，杜宏彪，金仁和等.新旧建筑抗震设计规范关于“强柱弱梁”的对比和分析[J].工程抗震与加固改造，2012，34（2）：33—37.

篇5：强柱弱梁的毕业论文

钢筋混凝土框架结构抗震概念设计要求结构应具有多道抗震防线,其中一个重要原则就是“强柱弱梁”。所谓“强柱弱梁”就是柱子不先于梁破坏,因为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。“强柱弱梁”型结构至少存在两道抗震防线:一是从弹性到部分梁端出现塑性铰;二是从梁端塑性铰发生较大转动到柱根部破坏。因此,结构设计时应达到“强柱弱梁”破坏形式的多道防线要求,但是在此次汶川地震中,框架柱的破坏明显重于梁,柱端的破坏较为突出,即所谓的“强梁弱柱”结构很普遍,这不得不引起广大结构设计人员的思考,如何才能实现“强柱弱梁”的延性屈服机制。

2 影响“强柱弱梁”的主要因素

(1)梁端截面实际配筋量的影响。

实际工程中,超配筋现象较为普遍,使得梁端实际受弯承载力超出计算受弯承载力较多。另外,绝大部分梁端截面都是按单筋矩形截面配筋的,并未考虑受压区钢筋的影响,而实际配筋为双筋截面,使得梁端截面实际受弯承载力高于计算受弯承载力。而我国规范[1,2,3]仅对一级框架及9度区的柱端设计弯矩按梁端截面实配钢筋的抗震受弯承载力来进行调整放大,对于大多数情况下的二、三级框架,由于梁端实际所能承受的弯矩与计算弯矩的比值大于柱端弯矩增大系数,使得“强柱弱梁”的延性屈服机制难以实现。

(2)现浇楼板的影响。

在现浇结构中,楼板与框架梁一起浇筑,两者结合良好,共同工作能力强,楼板可显著提高框架梁的抗弯刚度和抗弯承载力。在考虑楼板对框架梁抗弯刚度提高方面,一般将中梁和边梁的刚度分别放大到原框架梁矩形截面刚度的2倍和1.5倍,考虑楼板对框架梁抗弯刚度增大影响后,由计算分析得到的梁端弯矩相应增大,但在配筋时将楼板对框架梁抗弯刚度增大所增加的配筋全部配置于梁截面内,同时楼板仍按其自身受力配置楼板钢筋,而在进行“强柱弱梁”设计时,并未考虑楼板内与梁纵筋平行的板钢筋的影响。而楼板钢筋与梁钢筋是共同工作的,所以框架梁端的实际抗弯能力得到了增强。

另外,柱子截面过小,轴压比较大,在地震作用下柱子较早发生破坏,这也是难以实现“强柱弱梁”的原因之一。

3 结构设计中存在的主要问题

3.1 梁端计算弯矩与计算截面不对应

结构分析计算中,框架梁计算跨度一般取为两柱中心线间的距离,因而计算的支座负弯矩最大值位于柱中心线处(如图1所示),考虑刚域时,位于柱截面范围内离柱边hb/4处。结构计算并未考虑柱截面宽度对构件计算内力的影响,而构件抗力计算时采用的是梁端截面,抗力和效应计算采用不同截面,造成截面位置的不对应,加大了梁端截面的配筋量,增加了“强柱弱梁”实现的难度。

另一方面,按弹性方法验算梁端截面裂缝宽度时,也存在计算弯矩与计算截面不对应的情况,导致梁端计算弯矩的取值过大,梁端裂缝宽度计算值大于实际值,为了使裂缝宽度满足规范要求,就得加大梁端配筋,使得“强柱弱梁”的延性屈服机制难以实现。

3.2 梁端截面底部钢筋配置不合理

实际工程中,绝大部分梁是按单筋矩形截面配筋的,而在梁详图设计时,将梁底部钢筋全部伸入支座(即框架柱)内,使得梁端截面底部实际配筋大大超出“强柱弱梁”计算中对应于梁底弯矩设计值的配筋量,当采用多排钢筋时,问题更为严重。

3.3 未考虑现浇楼板配筋对梁端实际受弯承载力的影响

现浇楼板的配筋对框架梁截面实际受弯承载力有明显影响,在梁端截面有效受拉翼缘宽度范围内,与框架梁纵筋同向的楼板钢筋对框架梁端部实际受弯承载力有较大提高,但在结构设计中没有得到很好的体现。

3.4 超配筋问题严重

实际工程中,梁端钢筋的超配筋(梁端负弯矩钢筋超配,梁端正弯矩钢筋超配)现象普遍,加大了梁端截面实际受弯承载力与计算受弯承载力的差距,使“强柱弱梁”难以实现。

4 结构设计建议

(1)由于各方面的原因,使得梁端截面的实际受弯承载力比计算受弯承载力高出较多,因此,建议在进行“强柱弱梁”设计时,对于不同抗震等级,柱端设计弯矩均应按梁端截面实配钢筋的抗震受弯承载力进行调整放大。

(2)框架结构中允许梁端出现塑性铰,因此在结构设计时应尽量考虑梁端塑性内力重分布。通常在竖向荷载作用下可考虑支座调幅以降低支座负弯矩,现浇框架梁的支座弯矩调幅系数可采用0.85~0.90,水平荷载作用下产生的弯矩不参与调幅,弯矩调幅在内力组合之前进行。同时应注意梁跨中设计弯矩值不应小于按简支梁计算的跨中弯矩的一半。

(3)在进行梁端截面配筋及裂缝验算时,应采用考虑塑性内力重分布的分析方法,同时采用柱边缘处的梁端弯矩设计值,确保构件的裂缝宽度验算不致给“强柱弱梁”验算增加新的负担。

(4)应正确区分框架梁跨中截面底部配筋要求与梁端截面底部钢筋的不同概念,控制梁端截面下部实际配筋的数量。建议可根据框架梁端截面底部配筋要求,适当控制梁底钢筋伸入支座(即框架柱)的数量,当梁底设置多排钢筋时,一般情况下,可仅考虑第一排钢筋伸入支座,其他各排钢筋可不伸入支座,即在柱截面外截断。控制梁底钢筋伸入支座的数量,既有利于“强柱弱梁”的实现,又可减少过多钢筋在梁柱节点区的锚固,有利于保证节点区混凝土的质量。

(5)应适当考虑现浇楼板中的板钢筋对框架梁端部截面实际抗震受弯承载力的影响。建议计算程序在“强柱弱梁”的计算中留有开关,以便结构设计人员根据楼板负弯矩钢筋的实际配置情况,对用于“强柱弱梁”验算的梁端组合弯矩设计值乘以相应的放大系数。

(6)严格控制梁端截面实配钢筋量,对于支座负筋不应超出计算值,甚至可根据经验作适当减少。

5 举例

概况:结构平面布置如图2所示,共5层,层高均为3.6 m,柱截面均为500×500,框架梁截面均为300×800,次梁截面均为250×600。柱梁板混凝土强度等级均为C30,梁钢筋为HRB400。楼面恒载为4 kN/m2(含自重),活载荷载取为4.5 kN/m2。抗震设防烈度为7度,梁端负弯矩调幅系数为0.85。计算分析软件为SATWE。

由图3可以看出,计算时采用的梁端负弯矩为559 kN·m,而柱边缘梁端实际负弯矩为469.5 kN·m,由此造成的梁端负钢筋增加了约16%。

根据图4,对于1轴~2轴跨梁,若跨中底部钢筋22cm2(6 22 2/4)全部伸入支座(2轴处框架柱),支座负筋24 cm2,实配5 25 3/2,对于支座截面,不难判断混凝土受压区高度x<2as’,由此可算出支座截面实际所能承受的极限负弯矩为Mu=fy·As·(h0-as’)=360×2 454×(737.5-62.5)=596.3 kN·m,比计算值559 kN·m增加了约7%。若考虑现浇板及板筋对梁端受弯承载力的加强作用,实际增加幅度会更高。

由此可见,取柱边缘所对应的梁端负弯矩设计值,对于该截面可节省约16%的钢筋;仅考虑双筋影响,梁端截面的实际受弯承载力提高约7%。

6 主要结论

(1)对于不同抗震等级,柱端设计弯矩均应按梁端截面实配钢筋的抗震受弯承载力进行调整放大,以满足“强柱弱梁”的要求。

(2)抗震设计时,应考虑框架梁的塑性内力重分布,对梁端负弯矩进行适当调幅。应采用柱边缘所对应的梁端弯矩设计值进行截面配筋及裂缝验算。

(3)合理控制框架梁底部钢筋伸入框架柱的数量。

参考文献

[1]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]GB50011-2001,建筑抗震设计规范(2008年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程.北京:中国建筑工业出版社,2002.

[4]冯远,肖克艰,刘宜丰.汶川地震灾害引发建筑结构设计者的思考[J].建筑结构,2008(7):25-27.

篇6：强柱弱梁的毕业论文

关键词：框架结构,强柱弱梁,组合弯矩,跨度

0 前言

框架结构“强柱弱梁”的屈服机制是抗震设计所期望的结构破坏形式。国内外大量试验研究表明“强柱弱梁”, 可以使得整个框架具有较大的内力重分布能力, 有尽可能多的结构构件参与整体结构抗震, 地震能量可分布给所有楼层耗散, 耗能能力大, 是框架结构抗震设计所期望的屈服机制, 抗震性能较好[1]。我国现行的GB 50011—2011《建筑抗震设计规范》[2]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及框支梁与框支柱的节点外, 柱端组合的设计弯矩应乘以相应的增大系数, 如公式 (1) 所示。

一级框架结构及9度时尚应满足:

式中, ∑Mc—节点上下柱端界面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和;

Mb—节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和, 一级框架柱节点左右梁端均为负弯矩时, 绝对值较小的弯矩取零;

∑Mbua—节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩之和, 根据实配钢筋面积和材料强度标准值来确定;

ηc—柱端弯矩增大系数, 一、二、三、四级分别取1.7、1.5、1.3、1.2。

1 现行规范的一些问题

在实际工程结构设计中, 完全的“梁铰机制”很难实现, 更多的情况是形成梁、柱铰同时存在的“混合铰机制”。汶川大地震后发现框架结构大多未实现“强柱弱梁”屈服机制, 更多的是出现“柱铰机制”, 如图1, 这说明我国规范的设计方法存在不足。文献[3]对此进行了分析, 归纳起来主要有四个方面:

(1) 梁端钢筋超配使得梁端实际抗弯承载力与梁端弯矩设计值相差较大, 同时由于我国规范对框架柱轴压比限值较高, 而柱的轴向压力和柱的受弯承载力是相互影响的, 因此, 地震下柱的高轴压力会降低柱端抗弯承载力。

(2) 现浇楼板对框架结构“强柱弱梁”机制的实现有很大影响, 因为楼板的配筋实际上是具备抗弯作用的, 我国规范中未明确考虑这一因素的影响。

(3) 地震动随机性对柱梁抗弯承载力比的合理取值有影响。

(4) 其他影响因素, 如按小震计算的结构弹性内力和梁、柱端弯矩与大震下形成“强柱弱梁”塑性屈服机制时的受力状态和内力分布状况的差别、实际材料强度的不确定性、结构几何尺寸、结构荷载的随机性、实际结构与计算模型之间的差异, 以及填充墙等非结构构件参与作用的影响等。

2 框架梁跨度的影响

除了上述四个方面的因素以外, 框架梁的跨度对“强柱弱梁”屈服机制的形成是有很大影响的。在汶川大地震后的现场调查表明, 大跨度的框架结构, 如学校、办公楼破坏很严重, 部分完全倒塌。因为框架梁的跨度过大, 竖向荷载对结构的影响就会变得更加突出。如图2所示, 在竖向荷载 (包括恒荷载和活荷载) 和水平地震作用下 (仅考虑左震的情况) , 框架梁的弯矩图就会出现两种情况。就框架梁底部的配筋弯矩而言, 在荷载组合下, 当框架梁的跨度较小时, 梁端的组合弯矩大于跨内的组合弯矩, 如图2a;当框架梁的跨度较大时, 梁端的组合弯矩小于跨内弯矩, 如图2b。

二、三级抗震的框架结构, 梁柱节点处的弯矩需满足公式 (1) 的要求, 但是公式并没有考虑梁底跨内实际配筋的影响。在不考虑其他因素的影响下, 对于框架梁跨度较小的结构, 因为框架梁底部的梁端组合弯矩与跨内组合弯矩相差不大, 由公式 (1) 可知, 基本上可以满足“强柱弱梁”的要求;而对于框架梁跨度较大的结构, 此时, 梁底的实际配筋弯矩为M0, 而柱端的弯矩之和仍为∑Mc=ηc (Mbl+Mbr) , 见图3。事实上此时梁端实际抗弯承载力设计值为Mbl+M0, 大于∑Mc=ηc (Mbl+Mbr) , 因此形成梁端的超配筋现象, 如果框架梁的跨度越大, 竖向荷载作用就体现的越明显, 梁跨内弯矩就越大, 梁端的超配筋现象就越严重。

3 算例

为了从实际工程来说明框架梁跨度对框架结构“强柱弱梁”屈服机制的影响, 取三个框架梁跨度不同的框架结构, 平面布置如图4, 均为3层框架结构, 层高均为3m, 其中X向的跨度均为5m, Y向的跨度分别为5m、7m、9m, 梁宽均为200mm, 梁高分别为420mm、580mm、750mm, 即满足一般框架梁跨高比为12倍的要求。框架柱的截面尺寸为400mm×400mm, 楼板厚度为130mm, 楼面恒荷载取4.5kN m2, 活荷载取值2.0kN/m2, 混凝土的强度等级为C30, 钢筋采用HRB400, 场地类别为Ⅲ类, 抗震设防烈度为7度, 不考虑风荷载的作用。采用中国建筑科学研究院开发的结构设计软件PKPM2010版进行计算, 各方面的参数均满足设计要求。分别取三个结构的二层中节点进行分析, 其梁柱的配筋图见图5, 图中配筋量的单位为cm2。

GB 50011—2011规定, 钢筋混凝土梁柱的正截面实际受弯承载力计算公式如下:

柱:轴向力满足NG/ (fckbchc) ≤0.5时

式中, fyk—钢材强度标准值, N/mm2;

hb0—梁截面有效高度, mm;

as′—纵向受拉钢筋合力点至截面边缘的最小距离, mm;

Aasb—梁钢筋截面面积, mm2;

h0—柱截面有效高度, mm;

hc—柱截面高度, mm;

bc—柱截面宽度, mm;

fck—混凝土抗压强度标准值, N/mm2;

Aasc—柱一侧钢筋截面面积, mm2;

NG—对应于重力荷载代表值的柱轴压力, 分项系数取1.0。

根据公式 (3) 、 (4) , 图4中梁柱节点处实际弯矩承载力计算值见表1和表2。

从表1的最后两列数据可以看出, 梁端的受弯承载力, 实际值和理论值之比分别为1.1、1.32和1.35, 表明跨度越大, 梁底跨内的配筋相对于支座处配筋就越大。对比表2和表1, 柱梁实际受弯承载力之比分别为1.96、1.07和0.62, 说明框架梁跨度越大, 梁端超配筋就越严重, “强柱弱梁”屈服机制就越难实现, 所以地震发生时, 大跨度框架结构的柱子破坏就更常见, 甚至于倒塌。

注:括号内的值表示二层的轴向压力值。

4 结论

从以上分析可知, 框架梁的跨度对“强柱弱梁”屈服机制有直接的影响, 主要原因是由于框架梁跨度变大时, 竖向荷载对结构的影响比较明显。为了使结构设计计算更加接近真实结构的受力状态, 公式 (1) 显然是不能满足要求的, 有必要根据构件实际配筋与可能的受力状态来考察节点处的梁、柱抗弯承载力的相对大小。目前, 解决这一问题最便捷的方法是:采用梁端实配钢筋面积和材料强度标准值对梁端的抗弯承载力进行计算, 再乘以适当的柱端弯矩增大系数后得到柱端抗弯承载力需求, 然后可采用材料强度标准值 (或材料强度设计值) 对柱端进行配筋设计[3]。这样, 由于框架梁跨度过大而引起的梁端超配筋就可以在设计过程避免, 有利于结构的抗震。

参考文献

[1]叶列平, 曲哲, 马千里, 等.从汶川地震框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现[J].建筑结构, 2008, 38 (11) :52-67.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.