框架结构强柱弱梁的实现
框架结构的抗震减震方法浅析
框架结构的抗震减震方法浅析由于建筑功能的要求，使得现代结构复杂，布置越来越不规则，对结构抗震要求越来越高。
框架结构在多层和中高层建筑中应用非常广泛，为避免地震时给人类带来大的灾难，要求结构设计人员能正确运用框架结构抗震减震概念设计，克服框架结构的弊端，运用科学有效的手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑使用功能。
一、框架结构抗震减震设计的一般原则1、强柱弱梁。
强柱弱梁是为了防止在强烈地震作用下倒塌，提高结构的变形能力。
由于地震作用的复杂性以及构件之间的相互影响，难以通过精确的计算实现强柱弱梁。
规范要求，采用增大柱端弯矩设计值，即提高柱端的弯矩增大系数的方法来实现强柱弱梁。
人为增大柱子相对于梁的抗弯能力，诱导在梁端出现塑性铰，从而达到强柱弱梁的要求。
实现强柱弱梁不仅在于内力调整，更在于按调整后的设计内力来配筋，使构件的实际承载力与设计内力相近。
当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。
梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，并应考虑板内负筋影响，考虑双筋作用，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到柱上。
注意不可随意超配筋，超配筋要整体保持一定比例。
注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
2、强节点弱构件。
这是为了提高结构整体性。
各构件之间的连接，必须可靠，符合下列要求：构件节点（主要是梁柱节点）的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。
予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力，装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。
强节点弱构件是通过增大节点核心区的组合剪力设计值进行计算。
一、二、三级抗震减震等级的框架进行节点核心区抗震减震受剪承载力计算；四级抗震减震等级的框架节点核心区可不进行计算，但应符合抗震减震构造措施的要求。
3、强剪弱弯。
混凝土框架结构的隔震设计方法
混凝土框架结构的隔震设计方法一、前言随着城市化进程的加速发展和人们对建筑安全性和舒适性的要求提高，隔震技术在建筑结构设计中越来越受到重视。
混凝土框架结构是目前建筑结构中应用较为广泛的一种结构形式，如何对其进行隔震设计，是一项重要的研究课题。
本文将从混凝土框架结构的基本原理出发，介绍混凝土框架结构的隔震设计方法。
二、混凝土框架结构的基本原理混凝土框架结构是指由柱、梁、墙等构件形成的框架结构体系。
其基本原理是通过框架结构的受力特性，使结构在地震作用下发生弹性变形，从而减小地震作用的影响。
混凝土框架结构的主要抗震形式有强柱弱梁、强墙弱柱、剪力墙体系等。
1.强柱弱梁原理强柱弱梁原理是指在混凝土框架结构中，柱的承载能力应大于梁的承载能力。
这是因为在地震作用下，由于柱比梁更易受到水平荷载的作用，因此柱的抗震能力要高于梁。
2.强墙弱柱原理强墙弱柱原理是指在混凝土框架结构中，墙的承载能力应大于柱的承载能力。
这是因为墙在地震作用下起到了抵抗剪力的作用，因此墙的抗震能力要高于柱。
3.剪力墙体系剪力墙体系是指在混凝土框架结构中，设置了抵抗水平荷载的剪力墙。
剪力墙可以通过其抗剪承载能力来消耗地震能量，从而减小地震作用的影响。
三、混凝土框架结构的隔震设计方法1.减小结构刚度减小结构刚度是混凝土框架结构隔震设计的基本方法之一。
通过减小结构刚度，可以使结构在地震力作用下发生较大的位移，从而减小地震作用的影响。
具体的方法是通过调整结构的构件尺寸、间距、截面形状等参数来降低结构的刚度。
2.增强结构的弯曲能力增强结构的弯曲能力是混凝土框架结构隔震设计的另一种方法。
通过增强结构的弯曲能力，可以使结构在地震力作用下发生较大的弯曲变形，从而减小地震作用的影响。
具体的方法是增加梁的截面尺寸、设置梁柱节点处的加强筋等。
3.设置隔震层设置隔震层是混凝土框架结构隔震设计的一种常用方法。
隔震层是指在结构中增加一层隔震装置，使结构在地震作用下发生较大的相对位移，从而减小地震作用的影响。
强柱弱梁
现行规范设计方法
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）有如下规定：
其中，对不同级别框架以及不同类型框架增大系数取值如下：
现行规范设计方法
对于框架结构底层柱下端，《建筑抗震设计规范》中做了如下规定：
此外，《高层建筑混凝土结构技术规程》（ JGJ3-2010 ）6.2.1、 6.2.2、10.2.11以及《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） 11.4.1条中做了同样的规定。
规范是考虑了钢筋超配10%的基础上给出了柱端弯矩增大系数。 众所周知，加大截面配筋混凝土构件的抗力就能提高。但是多数 情况下设计人会放大了梁端的钢筋，使得梁端部钢筋超筋，但是 对框架柱却不做调整。
存在误区
“强柱弱梁”与梁柱的线刚度之比存在关联 强柱弱梁是概念设计的一部分，强柱弱梁并不是说柱子的线刚度比 梁的线刚度大。线刚度影响的只是内力分配，与构件的抗力并无关 系。工程中，很多情况下柱子的线刚度比梁的小，强柱弱梁的实现 是通过内力调整、构件配筋来实现的。
存在误区
设计中随意放大框架梁的端部钢筋。
浅谈 “强柱弱梁”
为了实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，结 构设计中，我们需要从多方面对工程设计进行把控，其中“强柱弱 梁、强剪弱弯、强节点弱构件”是结构抗震设计中的重要原则。在 此，我们简要介绍一下“强柱弱梁”的相关概念、重要性以及规 范中如何体现这一重要原则。
何谓“强柱弱梁”？
框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关。试验研究表 明，梁先屈服，可以使整个框架有比较大的内力重分布和能量消 耗能力，极限层间位移增大，抗震性能比较好。如果柱先屈服， 则可能使整个结构行规范设计方法
所谓“强柱弱梁”是指节点处柱端实际抗弯承载力大于梁端实 际抗弯承载力，两者的比值称为“柱梁抗弯承载力比”。该比 值越大，实现“强柱弱梁”机制的可能性就越大。现行设计规 范采用增大柱端弯矩设计值的方法来避免或延迟柱端出现塑性 铰。
浅议“强柱弱梁”的实现难点及解决措施
浅议“强柱弱梁”的实现难点及解决措施本文通过规范规定的强柱弱梁的实现方法，对实际中难以实现强柱弱梁的原因进行了分析，并针对这些原因列出了相应的解决方法，最后对于结构设计某些方面提出了一些建议。
标签：强柱弱梁；实现难点；解决措施；梁端实际受弯承载力；梁端裂缝验算一、规范规定自89规范起，我国规范提出了两种方法来体现强柱弱梁。
一种方法是，将梁、柱之间的承载力不等式转化为梁、柱的地震组合内力设计值的关系式，并使不同抗震等级的柱端弯矩设计值有不同程度的差异，即柱端弯矩设计值增大系数法。
另一种方法，则采用梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值的调整、验算方法，此时还应考虑楼板钢筋的作用。
比较两种方法，可知后一种方法的计算结果更为精确。
为保持规范连续性，2010《抗震规范》仍采用两种计算方法确保实现强柱弱梁。
与旧规范相比，新版规范提高了框架柱端弯矩增大系数，补充了四级框架柱端弯矩增大系数的要求。
对于一级框架结构和9度时的一级框架，明确只需按梁端实配抗震受弯承载力确定柱端弯矩设计值，即使按增大系数法比实配方法保守，也可不采用增大系数法。
具体可参见《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.2.2条。
值得一提的是，即使按“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，故柱设计还应满足规范中抗震构造措施的要求，使柱具有大的弹塑性变形能力和耗能能力，保证其达到在大震作用下不会倒塌的目标。
二、软件实现现在以2010版PKPM软件的设置进行说明，该软件是对柱端设计弯矩值进行放大，并考虑实配钢筋影响。
对于抗震等级一级的框架结构，除《抗震规范》明确给出放大系数可取1.7外，《混凝土规范》及《高规》都未具体给出。
考虑到超配系数的影响，软件以1.15作为基准值，采用线性插值计算得到一级框架柱端弯矩增大系数，其取值范围为1.5～1.7。
三、实现难点针对目前的设计状况，结合自身的经验，分析可能出现此类现象的原因如下。
混凝土框架结构强柱弱梁实现机制研究分析
式 中 ∑Ｍ。 节 点 上下 柱 端 截 面顺 时针 或反 时 针 方 向 组合 的 ． 一
弯矩设计值之和 ，一般情况可按弹性 分析分配 ；
∑Ｍ 一 节 点 左 右 梁 端 截 面 顺 时 针 或 反 时 针 方 向组 合 的
弯矩设计值之和 ，节点左右 梁端均为 负弯矩 时 ，绝对
破 坏 ，即 框 架 柱 破 坏 严 重 ，框 架 梁 震 害较 轻 。 针 对 该 问 题 ，
本 文 以 一 实 际 工 程 为 例 ，应 用静 力 非 线 性 分 析 方 法 分 析 框
架 结构 在 地 震 作 用 下 的破 坏 机 制 ， 并 讨 论 增 大 柱 弯 矩 增 大 系数 及 柱 截 面 积 对 混 凝 土 框 架结 构破 坏机 制 的 影 响 。 关 键 词 ：框 架 ； 强柱 弱 梁 ； 坏 机 制 ； 力 非 线 性 分 析 破 静
ｑ ａ ｅ，ｔ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｆ ｍｏ ｔ ｆａ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｅ ｗ ａ ｏ ｕ ｕｋ ｈ ａ ｇ ｓ ｏ ｓ ｒｍｅ ｓｒ ｔ ｒ ｒ ｅ ｋ ｃ ｌ ｍｎ ｕ ｓｒ ｎ ｅ ｍ ． Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｔｋ ｓ ａ ｐ ａ ｔ ａ ｏ ｘ ｍｐ ｅ ｔ ｇｂ ａ ｏ ｈ ｓ ａ ｅ ａ ｅ ｒｃ ｉｌ ｆｒ ｅ ａ ｌ ，Ａｎ ｌ－ ｃ ａｙ
值较小一端的弯矩应取为零 ；
（ ｏｅｅｏ ｉｌ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｅｅ Ｕ ｉｒｉ ｎｉｅｒ ｇ Ｃｌｇ Ｃｖ ｇｎｅ ｎ Ｈ ｂｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｇｎｅｉ ， ｌ ｆ ｉＥ ｉ ｖ ｓｙ ｆＥ ｎ Ｈ ｎ ａ ５０ ８ ｈ ａ ａｄ ｎ０ ６ ３ ，Ｃ ｉ ） ｎ
Ａ ｂｓｒ ｔ： Ａｃ ｏ ｄｉｇ ｏ ｈ ｉｆ ｒ ｔｏ ａｔｒ ｈ ｅ ｒｈ— ｔ ａｃ ｃ ｒ ｎ ｔ ｔ ｅ ｎ ｏ ｍａｉ ｎ ｆｅ ｔｅ ａｔ
强柱弱梁指的是使框架结构塑性铰出现在
1.强柱弱梁指的是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。
用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。
“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大，对梁不放大。
其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。
即柱的能力提高程度比梁大。
这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。
首先，震害表明，混凝土楼板尤其是现浇楼板和梁一般具有良好的共同协调能力，可以以T形梁的形式工作，但是实际设计中若都以T形梁进行结构分析和设计，将造成很大麻烦。
规范规定框架梁可以适当考虑楼板的刚度贡献进行结构分析和内力计算（一般刚度放大系数1.5-2.0）。
本文认为，这是合理的，但是在进行承载力设计时，若以此内力对矩形梁截面进行设计则过分低估了楼板对梁的承载力贡献。
合理的方法应该是以此内力对T形梁截面进行设计。
但是考虑到具体每根T形梁截面尺寸定义和设计的烦琐，实际设计的时候，可以根据刚度分配原理和调整梁的计算内力进行梁截面设计，具体方式如下：首先根据结构布置情况，分析梁的刚度放大系数，假如为1.8，那么结构分析之后的设计内力Md应该进行折减调整，即Md/1.8作为矩形截面梁的设计弯矩，此时设计剪力Vd不调整，完全由梁承担是合适的。
而对柱来说，还是应该按照未经折减的弯矩进行内力放大的调整。
需要注意的是此时，要保证梁两翼的楼板钢筋不能太少。
其次，梁端的设计弯矩理论上应以柱边弯矩为准，而考虑到目前常用的pkpm等均以柱中线弯矩进行设计，而采用etabs等软件对中国规范的执行程度，暂时未被广大设计人员所接受，采用柱中线处弯矩进行设计确实会增大梁端截面的配筋量，但是由于柱内力调整和设计亦采用梁中线处内力，因此认为此原因实际上不会造成"强柱弱梁"。
按照正常使用极限状态的要求进行梁端截面的裂缝控制和跨中挠度控制，是正确且必要的，但是采用了考虑刚度放大之后的内力计算矩形截面，则不合理。
正确的做法应该是采用T型截面设计或者采用方法1中按照刚度分配原理折减设计弯矩的办法。
怎样在钢筋混凝土框架结构中实现强柱弱梁
怎样在钢筋混凝土框架结构中实现强柱弱梁在强震作用下，钢筋混凝土框架结构如果采用强柱弱梁屈服机制，保证变形能力较大的梁先于变形能力较小的柱屈服，这样就可以使整个框架有较大的内力重分布，使尽可能多的结构构件参与整体结构的抗震，即将地震能量分布在整个楼层耗散，从而较大可能地发挥框架的耗能能力，使极限层间位移增大，结构的延性增强，抗震性能趋好。
通俗一点说，梁破坏属于构件破坏，是局部性的，其危害远小于柱子破坏可能导致的严重后果：因为柱子破坏可能会导致整个结构倒塌！所以说，强柱弱梁一直是框架结构抗震的基本措施之一。
这个概念很明确，也很容易理解，但是在实际的设计中做到却并不是一件易事。
下面就谈谈钢筋框架结构怎样在实际设计中实现强柱弱梁。
首先说一下“弱梁”。
“弱梁”体现在规范中就是对于梁柱节点处的梁端弯矩设计值是没有放大系数的。
也就是说在考虑各种内力组合后绘出梁的弯矩包络图，根据弯矩包络图找出梁端正负弯矩设计值，然后就采用这两个值分别来给梁端下部和上部配筋。
（当然，由于抗震做法的要求，跨中底部钢筋须通长配置，且在支座处锚固，故如果下部配筋受跨中钢筋控制，则支座下部配筋一般与梁跨中下部配筋相同，无须另配。
）这是通常的做法。
这种做法单从理论上讲并没有错。
但设计者往往在不知不觉中无形地就把梁端实际受弯承载力提高了许多，这与“弱梁”的要求是相悖的。
怎么会出现这种情况呢？其原因有以下几条：1.因为楼板和框架梁在同一平面内，两者一起现浇，结合紧密，共同工作，这样就显著提高了框架梁的抗弯刚度。
目前的软件确实也考虑了到了这一点，并采取了相应的措施，那就是放大梁的刚度系数。
由结构力学知识可知，梁的刚度系数放大的结果自然是增加了梁端弯矩值，这理所当然地应该增加梁的配筋。
请注意：这部分增加的配筋是由于楼板对于框架梁抗弯刚度的提高而增加的，较真一点说，配筋应该配置在楼板里，当然也可以配置在梁截面内，但要在楼板中减去这部分配筋，才会满足“弱梁”对于梁端实际抗弯承载力不提高的要求。
框架结构强柱弱梁难以实现的部分原因分析
框 架 结构 强柱 弱 梁难 以 实现 的部分 原 因分 析
王世 普
摘
庞 新 宾
要 ： 过 分 析 汶 川 地 震 中各 结 构 构 件 的破 坏 形 态 ， 填 充 墙 对 结 构 刚 度 的 影 响 和 楼 板 对 梁 承 载 力 的 影 响 两 方 面 入 通 从
手， 总结 了“ 强柱 弱梁” 以实现 的部分原 因， 难 并采取合理的分析模型 ， 以实现“ 强柱弱梁” 屈服 机制。
３ 现 有轻 钢结构 体 系存在 问题 【２ １ ． Ｊ
由于 国外 的轻 钢结构 体系是 在 国外 的具体 环境 下诞生 的适
环保耐 用 ； 整个建 筑 自重极 轻 ， 对基础 构造要求 简单 ； 结构强度要求 的基 础上 ， 能够 很好地 集成 各项 保温节 能技 术 ， 达 材料新 颖 、 抗震 性较好 ， 品工产 化高 ， 产 安装 速度快 等。而 国内现有 的两种 到保温节能 的效果 。
Ｂ ｕ． 抗 但 对于轻钢结构 一个最关键 的问题是防火技术 的应 用 ， 由于轻 体系 （ ． Ｂ体系 和 Ｈ型 钢体 系） 震性 能都 比较好 ， 是经济 不太 符合 国内市场需求主要处于 中低档次 的行 情。Ｂ ． 钢结构 的主要构件都是轻钢 材料 ， 耐火性 能 比普通 的钢混结构构 性都一般 ， Ｂ体系经济性稍好 ， 施工 性能也 很好 ， 能满足 的建筑 功能太 但 件要差 ， 因此 ， 就要求 在 围护结构 上运用 一些 防火 性能 比较好 的 Ｕ． 低 ， 的铰接以及支撑的布置严重降低 了其能满足 的建筑功能 ； 梁 Ｈ 材料 ， 以确保 整个建筑的防火性能达到规范 的要求 。 现场焊接工作 量大 ， 装配性 能低下 ， 能进 不 轻钢结构 由于受力构件本 身 比较轻 薄 ， 隔声 效果较差 ， 另外 ， 型钢体系施工不方便 ， 不符合轻 钢结构产业 化发展 的趋势。 目前 国内宝 由于 围护结构本身 的厚度 也并 不是 很高 ， 以 ， 所 为了满 足建筑 足 行产业化生产 ， ５０ ｚ 镀铝锌 １０ｍｇ ｍ ， ８ ／ ２最低屈 服强 够 隔声 的要求 ， 在轻 钢建筑 中， 内外墙及楼盖 格栅问填充玻璃棉 ， 钢生产的 ￥５ ＋ａ 热镀 铝锌卷板 ， ５ ａ板厚 ０ ７ ｎ 可与澳大利亚 的 Ｇ５０高强度镀铝锌 ．５ｍＹ ， ５ 有效阻止 了通过空气传播 的音频 部分 ； 而对于通 过固体传播 的冲 度 ５ ０ＭＰ ， 可以用作 轻钢结 构 的主要 材料 ， 值得 在冷 弯薄壁 型 击声 ， 作如下构 造处 理 ： 于分户 墙用 两道墙 柱构 成带 有 中间空 钢板相媲美 ， 对 隙 的两 道 墙 体 ； 吊 顶 用 的 固 定 石 膏 板 的 小 龙 骨 ， 带 有 小 切 槽 钢体 系的用材 上大力推广。 对 用 参 考文献 ： 的弹性构造 以有效减 少楼层问的固体声传播 。
预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”
预应力混凝土框架结构“强柱弱梁设计方法研究作者：张耀庭杨力张江来源：《湖南大学学报·自然科学版》2017年第01期摘要：针对预应力混凝土框架梁设计方法的特殊性，本文以8度区（0.2g）抗震等级为二级的多层多跨预应力混凝土框架结构为例，研究规范对预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数取值的合理性，提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法进行预应力混凝土框架结构设计.分别以梁端地震组合弯矩和梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计8榀预应力混凝土框架，在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型，并对其进行静力弹塑性分析与动力时程分析.研究表明：按现行规范设计的预应力混凝土框架结构，在罕遇地震下底层柱端出铰严重，提高其柱端弯矩增大系数，可以有效地改善结构屈服机制；04规程中柱端弯矩增大系数的取值偏小，规程修订时应给予适当提高，对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构，其柱端弯矩增大系数的取值≥2.0；本文建议二级PC框架按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩，其取值为1.4.关键词：强柱弱梁；抗震设计；预应力混凝土框架；Pushover分析；屈服机制中图分类号：TU378 文献标志码：A“强柱弱梁”是在结构抗震设计时使柱端弯矩强于同一节点的梁端弯矩，结构在遭遇强烈地震作用时，梁端会先于柱端屈服，耗散地震能，从而减小柱发生破坏的可能性，降低结构发生整体倒塌的概率[1].为了使框架结构具有足够的变形与耗能能力及合理的破坏机制，各国规范[2-5]都给出了相关的计算方法和构造要求，以实现“强柱弱梁”的延性要求.我国规范[6-8]针对不同抗震等级的框架，采用不同的柱端弯矩增大调整方法来提高柱抗弯承载力，对于一级的框架结构按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩.对比各国规范“强柱弱梁”的措施发现，中国规范取值偏低[9].因此，在一定程度上改进我国规范“强柱弱梁”的设计方法，有助于提高框架结构的抗震性能[10].我国规范进行预应力混凝土框架结构的设计时，其设计方法存在特殊性，即预应力梁按抗裂要求配置预应力筋，由预应力度配置非预应力筋，并非按梁端地震组合弯矩进行预应力梁配筋[11].针对这样的设计，有关文献指出：梁内仅预应力筋就基本可以满足各种荷载组合下的受弯承载力，甚至还有富余[12]，若再考虑梁内普通纵筋和现浇楼板内同方向钢筋的影响，则预应力梁在该处的受弯承载力，将远大于各种内力组合所要求的承载力[13].由此可知，04规程中，按梁端组合弯矩调整柱端弯矩的设计方法[14-15]是否合理，柱端弯矩增大系数的取值[16-17]是否恰当，均需要进一步研究.众所周知，指导预应力混凝土抗震设计的《预应力混凝土结构抗震设计规程》（简称04规程）是以GB50011-2001（简称01抗震规范）为基础编写的，然而在抗震实施新规范的情形下，与之相对应的预应力混凝土抗震设计规程，则并未修订.这就给抗震设防区的预应力混凝土框架结构的设计，带来一系列麻烦：按04规程设计时，是否需要提高柱端弯矩增大系数？直接采用GB50011-2010（简称10规范）中的系数进行设计是否合理？为了保证新建PC框架的使用安全，有必要进一步研究柱端弯矩确定方法的合理性，及其对多层预应力混凝土框架抗震能力与耗能机制的影响.为此，本文首先参照10规范中二级框架柱端弯矩增大系数的取值，探讨抗震等级为二级的PC框架柱端弯矩增大系数的合理取值，同时参考10规范中抗震等级为一级的框架结构设计方法，提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法，并对该调整系数的合理取值进行研究.即分别以梁端地震组合弯矩与梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩，共设计8榀预应力混凝土框架结构（每种4榀），在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型，对其进行Pushover分析与动力弹塑性时程分析，通过计算结果的对比分析，研究预应力混凝土框架结构柱端弯矩调整系数的合理取值及其对结构抗震性能的影响，并探讨预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计时，以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计方法的可行性.1 预应力混凝土框架设计如上所述，本文设计8榀三层两跨预应力混凝土框架，抗震设防烈度为8度（0.2g），设计地震分组第一组，Ⅱ类场地.根据抗震规范，场地特征周期是0.35 s，结构抗震等级为二级，阻尼比取为0.03.结构的梁、柱混凝土强度等级为C40，纵筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋.框架梁预应力筋采用四段二次抛物线形，选用Φs15.2高强低松弛钢铰线，其抗拉强度标准值是1 860 MPa，预应力筋线性布置见图1.屋面、楼层板厚均取120 mm，经计算楼面恒荷载取4.65 kN/m2，活荷载取6.0 kN/m2，楼面梁上线荷载取10 kN/m，屋面恒载取7.15 kN/m2，活荷载取为2.0 kN/m2，屋面梁上线荷载取2.5 kN/m.由于全国各地基本风压范围差别较大，并且风荷载在多层结构中一般不起控制内力作用，对配筋量的影响不大，所以在本文的框架结构设计中均没有考虑风荷载.通过计算最终确定结构的平面布置及主要构件尺寸分别见图2和图3.3 PC框架静力弹塑性分析静力弹塑性（Pushover）分析是结构在预先假定的一种侧向荷载作用下，考虑结构各种非线性因素，逐步增加侧向荷载，直至结构达到控制位移.该分析可以预测结构和构件在给定的地震作用下的峰值响应和抗震性能，是结构抗震能力分析的主要方法[19].本节通过OpenSees对8个预应力混凝土框架进行Pushover分析，侧向荷载采用倒三角加载模式，结构控制目标位移取结构高度1/50.3.1 框架能力曲线图5和图6分别给出YKJ01YKJ04和YKJ05YKJ08框架Pushover分析顶点侧移与基底剪力曲线.从图中发现，按照二级框架设计方法设计的PC框架，随着柱端抗弯能力级差的增大，框架最大基底剪力增大，基底抗侧能力增强，而且推覆曲线后期会有下降阶段，说明结构进入塑性阶段后，结构变形继续增大，但基底承受剪力减小.依据实配钢筋后的梁端抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法所设计PC框架，呈现相同趋势.YKJ02和YKJ05最大基底剪力分别为218 1 kN，203 5 kN，采用∑Mc=1.0∑Mbua确定柱配筋的框架，其抗侧能力增强幅度甚至超过∑Mc=1.8∑Mb配筋的框架.顶点位移/mm5 结语本文对按不同柱端弯矩调整方法设计的预应力混凝土框架进行非线性分析，得到PC框架实现理想抗震性能的柱端弯矩调整系数取值.结合静力弹塑性分析和非线性时程分析得出结论为：1）梁端实际抗弯承载力∑Mbua远高于梁端弯矩组合设计值∑Mb主要原因是，设计时梁端预应力筋及普通钢筋按抗裂要求配置，导致梁端钢筋超配，提高了梁的抗弯能力.2）静力弹塑性分析和动力时程分析均表明，参考10抗震规范设计PC框架，在罕遇地震作用下，底层柱两端均出现塑性铰，为典型层间屈服机制，结构抗震性能较差.说明10抗震规范规定ηc取值1.5较小，而04预应力规程是在01抗震规范基础上调整取值1.4，这两个取值均偏小，有必要对04预应力规程重新修订并进一步提高该值.3）提高柱端弯矩增大系数后，结构底层柱底出铰情况没有改善，但梁端逐渐出铰，结构屈服机制由“层间屈服机制”变为“混合屈服机制”，表明提高柱端弯矩增大系数，能够一定程度改善PC框架结构屈服破坏机制，有利于结构形成规范期望出现的塑性铰耗能机制.4）通过本文分析发现，对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构进行抗震设计时，为了使结构实现“混合耗能机制”，按照梁端组合弯矩值∑Mb进行调幅，建议柱端弯矩增大系数取值高于2.0.5）进行预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计时，本文可以按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的设计方法.比如，针对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构，柱端弯矩按梁端实际抗弯承载能力方法进行调整时，其调整系数取值1.4.对其它抗震等级的预应力混凝土框架结构，我们将在后续进一步的研究工作中，给出其合理取值范围.参考文献[1] 马宏旺，陈晓宝.钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计的概率分析[J].上海交通大学学报，2005，39（5）： 723-726.MA Hongwang， CHEN Xiaobao. 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5.4 框架柱的抗震设计解析
解：2.斜截面受剪承载力
（1）剪力设计值
u l V 1.2(M c Mc ) / Hn
1.2
770 730 521.74kN 4.2 0.75
（2）剪压比应满足
V 1 1
RE
(0.2 f c bh0 )
RE
(0.2 f c bh0 )
1 521.74kN (0.2 15 500 565 ) 997kN 0.85
解：3.轴压比验算
N / bhf c 2710000 0.63 0.80 （可） 14.3 500 600
4.体积配筋率验算
由轴压比 N 0.63, 根据表v 0.136，采用井字复合箍筋（见教材P150） 配箍率为：sv n1 As1l1 n2 As 2l2 4 78.5 450 4 78.5 550 1.27% Acor s 450 550 100
为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框 架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。
（2）在弯曲破坏前不发生剪切破坏
（a）柱剪力设计值的调整
t b V Vc (M c Mc ) / Hn
9度时和一级框架尚应符合
t b V 1.2(M cua M cua ) / Hn
V---柱端组合剪力设计值；
Hn
---柱的净高；
t b Mc 、M c --分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯 矩设计值; t b M cua 、M cua ---分别为偏心受压柱上下端顺时针或逆时针方向根 据实配钢筋面积和材料强度标准值和轴压力等计算的 抗震承载力所对应的弯矩值；
Vc ---柱的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。
预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计方法研究
预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计方法研究∗张耀庭;杨力;张江【摘要】针对预应力混凝土框架梁设计方法的特殊性，本文以8度区(0.2 g)抗震等级为二级的多层多跨预应力混凝土框架结构为例，研究规范对预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数取值的合理性，提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法进行预应力混凝土框架结构设计.分别以梁端地震组合弯矩和梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计8榀预应力混凝土框架，在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型，并对其进行静力弹塑性分析与动力时程分析.研究表明：按现行规范设计的预应力混凝土框架结构，在罕遇地震下底层柱端出铰严重，提高其柱端弯矩增大系数，可以有效地改善结构屈服机制；04规程中柱端弯矩增大系数的取值偏小，规程修订时应给予适当提高，对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构，其柱端弯矩增大系数的取值≥2.0；本文建议二级 PC 框架按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩，其取值为1.4.%For the particularity of design method of prestressed concrete frame beam,this paper took a prestressed concrete frame structure in the 8-degree (0.2g)seismic grade district as an example to study the rationality of moment amplification factors at column ends in the current code,and a design method that the prestressed concrete frame columns could be designed on the basis of the actual seismic flexural moment of the beam was also proposed.Eight prestressed concrete frames were designed according to the combined moment and actual seismic flexural moment.The static elasto-plastic analysis and dynamic elas-tic-plastic analysis were then carried out for the frame structures in OpenSees using fiber elements.Re-search shows thatthe prestressed concrete frame designed by using the current code has serious hinges at the first floor columns under rare earthquake.The seismic performance of yield failure mechanism of the structures was effectively improved with the increment of the factor.Moreover,as the value of moment amplification factors at column ends is low in 04 specification,it should be improved in the new specifica-tion.This paper recommends that for the prestressed concrete frame with second level seismic require-ment,the moment amplification factors at column ends should be increased in the revision of code for seis-mic design of prestressed concrete structures,and on the basis of the combined moment at beam ends,the factor should be higher than 2.0,while on the basis of the actual seismic flexural moment,the factor should be 1.4.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(044)001【总页数】12页(P65-76)【关键词】强柱弱梁;抗震设计;预应力混凝土框架;Pushover分析;屈服机制【作者】张耀庭;杨力;张江【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TU378“强柱弱梁”是在结构抗震设计时使柱端弯矩强于同一节点的梁端弯矩，结构在遭遇强烈地震作用时，梁端会先于柱端屈服，耗散地震能，从而减小柱发生破坏的可能性，降低结构发生整体倒塌的概率[1].为了使框架结构具有足够的变形与耗能能力及合理的破坏机制，各国规范[2-5]都给出了相关的计算方法和构造要求，以实现“强柱弱梁”的延性要求.我国规范[6-8]针对不同抗震等级的框架，采用不同的柱端弯矩增大调整方法来提高柱抗弯承载力，对于一级的框架结构按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩.对比各国规范“强柱弱梁”的措施发现，中国规范取值偏低[9].因此，在一定程度上改进我国规范“强柱弱梁”的设计方法，有助于提高框架结构的抗震性能[10].我国规范进行预应力混凝土框架结构的设计时，其设计方法存在特殊性，即预应力梁按抗裂要求配置预应力筋，由预应力度配置非预应力筋，并非按梁端地震组合弯矩进行预应力梁配筋[11].针对这样的设计，有关文献指出：梁内仅预应力筋就基本可以满足各种荷载组合下的受弯承载力，甚至还有富余[12]，若再考虑梁内普通纵筋和现浇楼板内同方向钢筋的影响，则预应力梁在该处的受弯承载力，将远大于各种内力组合所要求的承载力[13].由此可知，04规程中，按梁端组合弯矩调整柱端弯矩的设计方法[14-15]是否合理，柱端弯矩增大系数的取值[16-17]是否恰当，均需要进一步研究.众所周知，指导预应力混凝土抗震设计的《预应力混凝土结构抗震设计规程》(简称04规程)是以GB50011-2001(简称01抗震规范)为基础编写的，然而在抗震实施新规范的情形下，与之相对应的预应力混凝土抗震设计规程，则并未修订.这就给抗震设防区的预应力混凝土框架结构的设计，带来一系列麻烦：按04规程设计时，是否需要提高柱端弯矩增大系数？直接采用GB50011-2010(简称10规范)中的系数进行设计是否合理？为了保证新建PC框架的使用安全，有必要进一步研究柱端弯矩确定方法的合理性，及其对多层预应力混凝土框架抗震能力与耗能机制的影响.为此，本文首先参照10规范中二级框架柱端弯矩增大系数的取值，探讨抗震等级为二级的PC框架柱端弯矩增大系数的合理取值，同时参考10规范中抗震等级为一级的框架结构设计方法，提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法，并对该调整系数的合理取值进行研究.即分别以梁端地震组合弯矩与梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩，共设计8榀预应力混凝土框架结构(每种4榀)，在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型，对其进行Pushover分析与动力弹塑性时程分析，通过计算结果的对比分析，研究预应力混凝土框架结构柱端弯矩调整系数的合理取值及其对结构抗震性能的影响，并探讨预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计时，以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计方法的可行性.如上所述，本文设计8榀三层两跨预应力混凝土框架，抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计地震分组第一组，Ⅱ类场地.根据抗震规范，场地特征周期是0.35 s，结构抗震等级为二级，阻尼比取为0.03.结构的梁、柱混凝土强度等级为C40，纵筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋.框架梁预应力筋采用四段二次抛物线形，选用Φs15.2高强低松弛钢铰线，其抗拉强度标准值是1 860 MPa，预应力筋线性布置见图1.屋面、楼层板厚均取120 mm，经计算楼面恒荷载取4.65 kN/m2，活荷载取6.0 kN/m2，楼面梁上线荷载取10 kN/m，屋面恒载取7.15 kN/m2，活荷载取为2.0 kN/m2，屋面梁上线荷载取2.5 kN/m.由于全国各地基本风压范围差别较大，并且风荷载在多层结构中一般不起控制内力作用，对配筋量的影响不大，所以在本文的框架结构设计中均没有考虑风荷载.通过计算最终确定结构的平面布置及主要构件尺寸分别见图2和图3.预应力混凝土框架结构设计时，先在PKPM中对整体框架建模，按照三级抗裂等级进行预应力梁设计，裂缝控制宽度为0.2mm.由于结构平面布置规则，选取中间C轴上的框架进行分析.8榀框架模型的设计原则如下：1)首先依据04技术规程，采用增大梁端地震组合弯矩得到柱端弯矩的方法，设计出框架YKJ01，其柱端弯矩增大系数参考10规范二级框架结构的取值1.5；在YKJ01的基础上，分别提高柱端弯矩增大系数至1.8，2.0，2.4，设计出框架YKJ02，YKJ03和YKJ04.2)根据梁端实配钢筋计算梁端实际抗弯承载力∑Mbua，以∑Mbua作为梁端弯矩调整柱端弯矩，柱端弯矩调整系数分别取1.0,1.1,1.2和1.4，设计出另外4榀框架，即：YKJ05～YKJ08，详见表1.经计算与验算，8个框架的预应力度、裂缝宽度、挠度、轴压比等均满足相关规范与规程的要求，各框架柱的配筋信息见表2.本文以OpenSees[18]软件为平台，建立各平面框架的有限元模型.采用杆系模型，在建模过程中，不考虑填充墙和楼板作用，梁柱节点按固结处理，混凝土采用Concrete01材料，不考虑混凝土受拉，考虑箍筋约束对核心混凝土加强作用，其本构采用Kent-Scott-Park本构模型，表3给出梁柱保护层混凝土及核心混凝土本构模型参数；HRB400钢筋采用Steel02材料，其本构采用基于Menegotto-Pinto 的钢筋本构模型；预应力筋采用考虑捏拢效应、卸载刚度退化的单轴Hysteretic材料.梁柱截面采用纤维截面，截面纤维划分如图4所示.柱考虑P-Delta效应，梁、柱及预应力筋均采用非线性梁柱单元(dispBeamColumn)，每根梁划分为12个单元，底层柱划为5个单元，其他层柱划为4个单元，梁、柱每个单元积分点分别为3个和5个；不考虑节点破坏和钢筋滑移；预应力筋与梁之间采用刚臂单元连接，增大刚臂单元的刚度来保证预应力筋单元与钢筋混凝土单元之间连接，不考虑粘结滑移.PKPM与OpenSees计算YKJ01前三阶自振周期发现，周期误差均较小，一定程度上说明本文所建立的预应力混凝土框架模型的准确性.如表4.静力弹塑性(Pushover)分析是结构在预先假定的一种侧向荷载作用下，考虑结构各种非线性因素，逐步增加侧向荷载，直至结构达到控制位移.该分析可以预测结构和构件在给定的地震作用下的峰值响应和抗震性能，是结构抗震能力分析的主要方法[19].本节通过OpenSees对8个预应力混凝土框架进行Pushover分析，侧向荷载采用倒三角加载模式，结构控制目标位移取结构高度1/50.3.1 框架能力曲线图5和图6分别给出YKJ01-YKJ04和YKJ05-YKJ08框架Pushover分析顶点侧移与基底剪力曲线.从图中发现，按照二级框架设计方法设计的PC框架，随着柱端抗弯能力级差的增大，框架最大基底剪力增大，基底抗侧能力增强，而且推覆曲线后期会有下降阶段，说明结构进入塑性阶段后，结构变形继续增大，但基底承受剪力减小.依据实配钢筋后的梁端抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法所设计PC框架，呈现相同趋势.YKJ02和YKJ05最大基底剪力分别为218 1 kN，203 5 kN，采用∑Mc=1.0∑Mbua确定柱配筋的框架，其抗侧能力增强幅度甚至超过∑Mc=1.8∑Mb配筋的框架.3.2 塑性铰分布及屈服机制本文定义梁纵向受拉钢筋屈服为梁塑性铰形成时刻，柱纵向受拉钢筋屈服或者保护层混凝土达到极限压应变点为柱塑性铰形成时刻[20].图7给出各框架Pushover分析杆端形成塑性铰机制，图中数字表示杆件形成塑性铰顺序.从图中看出，最先出铰位置为底层中柱柱脚，参照10抗震规范设计的PC框架底层柱上下端均出铰，梁端出铰较少，为底层屈服机制，结构抗侧移能力较差.增大柱端弯矩调幅系数，底层中柱柱底仍然最先出铰，但其它柱端塑性铰推迟出现，底层梁端陆续出现塑性铰，呈现柱底和梁端出铰的混合屈服机制.为进一步探讨不同柱端弯矩调整方法对预应力混凝土框架抗震性能的影响，本文在OpenSees中，对8个框架进行动力弹塑性时程分析.4.1 地震波选取根据规范要求，选择3条实际强震记录和1条人工模拟地震波，利用意大利SeismoSoft公司研发的SeismoMatch与SeismoArtif程序进行地震波的选择与人工波的拟合[21]，地震波相关参数见表5.各地震动加速度时程曲线见图8，图9给出了所选地震波的加速度反应谱及平均反应谱，从中可看出所选地震波在理论上比较吻合频谱匹配的选波原则.选择地震波后，首先对YKJ01按8度区多遇地震(amax调整到70 cm/s2)输入4条地震波进行计算，然后对每榀框架按罕遇地震(amax调整到400 cm/s2)输入地震波计算分析，分析时采用瑞雷阻尼矩阵.计算预应力框架YKJ01在多遇地震作用下结构的底部剪力，并与反应谱计算结果进行对比，见表6.可以发现：满足规范规定单条时程计算的结构底部剪力不小于振型分解法计算结果的65%，多条时程曲线下底部剪力平均值不低于振型分解法计算结果的80%，进一步表明所选地震波满足规范要求.4.2 模拟结果及分析8个框架在ImperialValley地震波作用下响应较大，LomaPrieta和人造波RG-3下框架响应较接近，而在ChiChi波下结构响应相对较小.4.2.1 楼层侧移图10给出各预应力混凝土框架结构楼层侧移曲线，并给出各框架在4条罕遇地震动作用下楼层侧移平均值曲线.从楼层侧移平均值曲线可知，分别按照梁端弯矩组合值和梁端实际抗弯能力设计的框架，随着调整系数的增大，各楼层层间侧移呈现减小的趋势，说明提高柱端弯矩增大系数，能提高预应力混凝土框架结构抗侧能力.4.2.2 层间位移角图11为8个PC框架各层在地震作用下最大层间位移角及各框架最大层间位移角平均值曲线.由图看出：所有框架最大层间位移角均满足规范规定弹塑性层间位移角0.02限值的要求，而且按规范设计PC框架底层层间位移角最大，为结构薄弱层，但是随着柱端弯矩增大系数的增大，底层层间位移角呈现减小趋势，第二层层间位移角有增大趋势，某些框架甚至出现在某条地震波下，二层层间位移角大于底层层间位移角的情况.可见，增大柱端弯矩系数，对预应力混凝土框架底层为薄弱层现状在一定程度上有改善，使框架下面两层最大层间位移角趋于均匀，提高了结构抗震性能.4.2.3 塑性铰分布为了说明不同柱梁抗弯能力级差措施对梁柱端塑性转动的不同控制效果，本文给出8个PC框架在Imperial Valley罕遇地震波下框架各杆件端部在整个时程过程中塑性铰出现顺序，梁柱塑性铰定义方法采用与静力弹塑性分析相同的定义，图12中数字表示出现塑性铰顺序.根据图12的塑性铰分布，结合其他3条地震波下的框架反应特性(限于篇幅，未列出)可以发现，不同柱端弯矩增大系数下框架塑性铰机构控制效果分别为：1)预应力混凝土框架YKJ01梁端没出现塑性铰，底层柱上下端全部出现塑性铰，中柱全部出绞，为典型的层间屈服机制，底层为薄弱层首先屈服，底层屈服会导致结构整体倒塌，结构抗震性能较差，与静力弹塑性分析结论一致.充分说明参照10抗震规范设计的PC框架柱端弯矩增大系数取值较小，未能实现罕遇地震下梁铰耗能为主的屈服机制，有必要进一步提高.2)用∑Mc=1.0∑Mbua确定柱配筋的YKJ05框架，其柱抗弯能力增强幅度接近按∑Mc=1.8∑Mb确定柱配筋的YKJ02框架，从图中YKJ02和YKJ05框架的塑性铰分布情况可见，这两榀框架塑性铰控制效果相近.虽然仍有一系列柱端出现塑性铰，但梁端也陆续出现塑性铰，底层薄弱层现象已经消失，而且推迟了柱端塑性铰出现的时间.说明提高柱端弯矩增大系数，在一定程度上改善了结构出铰机制，但改善效果并未达到规范设计希望出现的梁铰破坏机制.3)按照梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法，以∑Mc=ηc∑Mbua作为柱端设计依据时，当柱端系数ηc达到1.4时，结构在罕遇地震下除底层柱底外，其他塑性铰出现在梁端，属于较为理想的塑性铰破坏机制；若采用∑Mc=ηc∑Mb作为柱端弯矩设计依据，则ηc达到2.4才能实现类似的塑性铰破坏机制，此时中间层柱端仍出现部分塑性铰，但该柱端转动较小.在其他3条地震波作用下，这两榀框架的总体反应与ImperialValley波类似，不再详述.说明以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计的PC框架，柱端弯矩调整系数达到1.4时，该框架在4条罕遇地震作用下均出现理想“梁铰机构”.4)对8榀框架在4条罕遇地震下分析发现，底层柱底都会出现塑性铰，说明底层柱底设计时有必要对该弯矩增大系数进一步提高.4.2.4 ∑Mb与∑Mbua影响因素分析∑Mb与∑Mbua之间的差异主要由以下几方面造成：1)预应力梁端钢筋并不是由梁端抗震组合弯矩确定，预应力筋由施工阶段及使用阶段裂缝宽度控制，非预应力筋由规范规定预应力度控制，导致所配钢筋面积高于按承载力计算截面配筋；2)材料设计值与材料标准值之间的差别；3)梁端实配钢筋与计算截面配筋之间的差别，设计严格按5%考虑.为了进一步说明∑Mb与∑Mbua之间的差异，以YKJ01框架为例，计算框架各节点处的∑Mbua/∑Mb如表7所示.∑Mbua/∑Mb直接揭示按∑Mb和按∑Mbua调整柱端弯矩的差异，从表7中可以发现，在边节点处，∑Mbua/∑Mb比值接近1.5，在中节点处，该比值超过1.8.由于各层梁配筋相同，∑Mbua值相同，而不同楼层地震作用力不同，上部楼层地震弯矩偏小，∑Mbua/∑Mb比值随着楼层上升而增大.本文对按不同柱端弯矩调整方法设计的预应力混凝土框架进行非线性分析，得到PC框架实现理想抗震性能的柱端弯矩调整系数取值.结合静力弹塑性分析和非线性时程分析得出结论为：1)梁端实际抗弯承载力∑Mbua远高于梁端弯矩组合设计值∑Mb主要原因是，设计时梁端预应力筋及普通钢筋按抗裂要求配置，导致梁端钢筋超配，提高了梁的抗弯能力.2)静力弹塑性分析和动力时程分析均表明，参考10抗震规范设计PC框架，在罕遇地震作用下，底层柱两端均出现塑性铰，为典型层间屈服机制，结构抗震性能较差.说明10抗震规范规定ηc取值1.5较小，而04预应力规程是在01抗震规范基础上调整取值1.4，这两个取值均偏小，有必要对04预应力规程重新修订并进一步提高该值.3)提高柱端弯矩增大系数后，结构底层柱底出铰情况没有改善，但梁端逐渐出铰，结构屈服机制由“层间屈服机制”变为“混合屈服机制”，表明提高柱端弯矩增大系数，能够一定程度改善PC框架结构屈服破坏机制，有利于结构形成规范期望出现的塑性铰耗能机制.4)通过本文分析发现，对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构进行抗震设计时，为了使结构实现“混合耗能机制”，按照梁端组合弯矩值∑Mb进行调幅，建议柱端弯矩增大系数取值高于2.0.5)进行预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计时，本文可以按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的设计方法.比如，针对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构，柱端弯矩按梁端实际抗弯承载能力方法进行调整时，其调整系数取值1.4.对其它抗震等级的预应力混凝土框架结构，我们将在后续进一步的研究工作中，给出其合理取值范围.【相关文献】[1] 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浅析框架结构设计中的“强柱弱梁”问题
易 产生 阴暗房 间 ，且 通风不 畅 ，而板式住 宅避 免 了
框架 结 构 由于 自身质 量 小 ，结 构 强 度 高 的 优
是北 向 布 置 的 ，大 户 型 的房 间北 向还 要 布 置 有 居 室 。 由于长时 间没有 阳光 的紫外 线照射 极 容易 滋生 细菌 ，特 别 是 外 墙 更 容 易 产 生 霉 菌 。在 漫 长 的冬
震屈 服体 制 ，但真 正 实现 起 来并 发 挥 其 优 势 作用 ， 却有 一定 难度 。事实 中，大量 出现柱铰 的 震害现 象
已充 分说 明了这一 点 。
大损 失 ，震 后修 复困难 ，修 复费 用较高 。鉴于 以上 原 因 ，为在 地 震 区建 设 符 合 “ 震 不 坏 ， 中震 可 小 修 ，大震不 倒 ”设 防水准 的框 架结 构房 屋 ，《 建筑
点 ，在抗震 上更有 优 势 ，而 且施工 效率较 高 ，工 程 质量 较好 ，经久耐 用 ，并且 房 间的开 间、进深相 对 较 大 ，空 间分割较 自 由，因此 ，框 架结构 在建筑 设 计 中 ，应用 很普遍 。但 由于 其整体 结构 刚度小 ，造
框架结构强柱弱梁影响因素分析及设计建议
柱” 型框架结构的底层 柱上 下端 出现塑性 铰 ， 将迅速 导致结 构 的
倒塌 ； 反之 ，强柱 弱梁” “ 型框 架结构 ， 在全 部梁 端出现塑性铰并迫 使结构 底部 也出现 屈服 变 形 时 ， 结构 才会 破 坏 。因此 ， 强 柱弱 “ 梁” 型结构至少存在两道 抗震 防线 ： ） 弹性 到部分 梁 出现 塑性 １从 铰 ；） ２ 从梁塑性铰发生较大转动 到柱 根部破坏 。在这两 道防线之
第３ ６卷 第 １ ５期
・
５ ・ ４
２０ １０ 年 ５ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲｃＨＩ ＴＥＣＩＵＲＥ ＇
Ｖ０ ＿ ６ Ｎｏ． ５ ｌ３ １ Ｍａ． ２ ０ ｙ ０１
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １ —０ ４０ １ ０ ８ ５ ２ １ ）５０ ５ —２
一
∑ ＝ ∑Ｍ ｂ
级框架结构及 ９度时 尚应符合 ：
Ｍ ＝ １２ ．啦
（ １ ）
（） ２
其 中， 各符 号 意义 见规 范。 当反弯 点不 在柱 的层高 范 围 内
柱端弯矩可直接乘以柱端 弯矩增 大系数 。 问， 大量地震输入 能量被 结构 的弹塑性 变形 所消耗 ＿ 。因此 ， ２ ｊ 结 时 ， Ｊ Ｊ －０ ２高层 建筑 混凝 土结 构技 术规程 第 ６２ １条 以及 Ｇ ２０ ３ ．． 构设计时应达到“ 强柱弱梁” 破坏形 式的多层 防线要 求 ， 是在此 但 Ｂ５０ ０２０ 混凝土结构设计规范第 １ ．． １４２条均有相似的规定。 次汶川 地震 中 ， 框架柱 的破坏 明显重 于梁 ， 端与节 点 的破 坏较 Ｇ ０ １—０ ２ 柱
锋． 高性能混凝 土技 术 ［ ． 京： Ｍ］北 原子 能 出版
在设计中如何体现“强柱弱梁”“强减弱玩”“强节点弱构件”
在设计中如何体现“强柱弱梁、强剪弱弯”的原则？如何进行节点设计？“强柱弱梁，强剪弱弯”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念。
就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重！所以我们要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁节点处梁端实际受弯承载力和柱端实际受弯承载力之间满足下列不等式：是在不同程度减缓柱端的屈服，一般采用增大柱端弯矩设计值的方法，将承载力的不等式转为内力设计值的关系式，采用不同增大系数，使不同抗震等级的框架柱端弯矩设计值有不同程度的差异，对一级框架结构和9度，除采用增大系数的方法外，还采用梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算的抗震受弯承载力所对应的弯矩值方法。
2001规范比89规范适当提高了强柱弱梁的弯矩增大系数nc，9度时及一级框架结构考虑框架梁的实际受弯承载力，并乘m增大系数1.2，主要考虑部分楼板钢筋的作用。
框架的梁柱节点处除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：9度和一级框架结构，尚应符合：式中：——节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的变矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析分配；——节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和，节点左右梁端均为负值时，绝对值较小的弯矩取零；——节点左右截面反时针或顺时针方向按实配钢筋（考虑受压钢筋）正截面抗震受弯承载力，所对应的弯矩值之和，可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定。
上式中：b——梁截面宽度；h0——梁截面有效高度；——受压区纵向钢筋合力点至受压区边缘的距离；x ——受压区高度；fck——混凝土轴心抗压强度标准值；fyk——钢筋抗拉强度标准值；As——受拉钢筋截面面积；——受压钢筋截面面积；RE——承载力抗震调整系数；λb——相对界限受压区高度；ξEs——钢筋弹性模量。
当框架点不在楼层内时，说明浇若干层的框架梁相对较弱，为避免在竖向荷载和地震共同作用下变形集中，压屈失稳，柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
框架结构强柱弱梁实现问题论文
框架结构强柱弱梁实现中的问题与对策分析【摘要】“强柱弱梁”不仅能够避免结构形成同层所有柱端均出现塑性层侧移，还能够使框架结构在强震下形成具有较好抗震性，是实现梁铰机制的重要结构措施，是钢筋混凝土框架结构中的一项关键控制措施。
本文对强柱弱梁实现过程中常见的问题进行了阐述，并结合具体问题提出了相应的解决方法。
【关键词】框架结构；强柱弱梁：抗震钢筋混凝土框架结构，是当前建筑中最主要的结构形式，被广泛应用于工业与民用建筑中。
但是它自身的侧向刚度较小，而地震作用引起的侧向位移较大，为了保证框架结构在遭遇地震作用时不发生倒塌，我们对钢筋混凝土框架结构必须采取一定的抗震措施，以保证人民的人身和财产的安全。
“强柱弱梁”就是一种很好的抗震措施，一方面，它的底层柱上下端出现塑性铰，能够迅速导致结构倒塌，另一方面，它只有在全部梁端出现塑性铰并迫使结构底部也出现屈服变形时，结构才会破坏[1]。
1 影响实现强柱弱梁的因素1.1 填充墙对结构刚度的影响在强柱弱梁的所有影响因素中，填充墙是最大的、最复杂的一个因素，填充墙和框架梁是相互依存的关系，对结构会产生如下一些影响，因此我们必须要明确填充墙的结构功能及其相应的设计目标。
实际丁程中，围护墙和填充墙通常直接在框架梁上砌筑，而地震作用下砌体墙与梁一起运动，无疑对梁有一个较大的加强作用，它不仅能直接参与整体结构的抗震受力，显著增大框架梁的刚度和抗弯承载力，而且还能增加结构层刚度，造成结构层刚度不均匀，减小框架梁弯曲变形，形成层屈服机制，引起扭转效应。
填充墙的结构功能目标分为：1)参与结构受力，这时它就是抗震的第一道防线，在整体结构的抗震分析和设计中就要给予足够的考虑；2)不参与结构受力，这时它就得跟周边的框架有足够的隔开、分开，这种设计能够对结构扭转效应有很好的控制。
1.2 现浇楼板对框架梁的承载力及刚度的影晌楼板对“强柱弱梁”的影响在国外是考虑一定的超强系数，研究表明，楼板内的钢筋能够使框架梁的实际抗弯承载力增大20～30％，《建筑抗震没计规范》规定：除框架顶层和柱轴压比小于0．15。
框架结构强柱弱梁影响因素分析及设计建议
框架结构强柱弱梁影响因素分析及设计建议摘要：“强柱弱梁”是框架结构的抗震设计原则，但因为填充墙、楼板、裂缝计算、梁底配筋、柱轴压比偏大、梁柱刚度比过大的影响，难以实现“强柱弱梁”机制。
所以本文提出了相应的解决策略，仅供参考。
关键词：框架结果；强柱弱梁；影响机制近年来，世界各个地区都频繁爆发地震。
据全球地震监测网的报告显示，每年爆发的可感地震为5000多次，5级以上地震超过1000多次。
地震不仅给人类打来了严重的财产损失，甚至威胁了人类的生命安全。
2008年，汶川地震爆发后，造成的破坏极为严重，汶川周边地区成为严重的灾区，损失财产高达8千亿。
震后许多专家对于该地区的房屋展开了调查，发现有1/5的房屋无法修复，由钢筋混凝土建造的框架结构暴露出了一个重要的问题，即框架上出现了大量的塑性铰，钢筋出现了弯曲。
很多建筑中都是出现了柱破坏，而梁没有出现了破坏，由于柱破坏导致房屋结构彻底失去了承载能力。
因此“强柱弱梁”是提升建筑框架结构的抗震防线，也是保证框架结构的延展性。
但是怎样才能保证在地震中能够确保建筑不会倒塌呢？实现“强柱弱梁”的机制，本文对此提出了意见。
一、“强柱弱梁”破坏模式国内研究概述从当前国内外的研究来看，对于钢筋混凝土框架结构抗震能力论述内容比较丰富。
比如，叶列平则是发现了框架结构中的柱端弯矩增大系数对于框架结构的倒塌模式以及抗倒塌能力有非常重要的影响，并且通过实验证明了弯矩增大系数越大，结构的屈服剪力、极限剪力都会增大，框架结构出现完全屈服的情况也就越明显，当弯矩增大系数大于2时，建筑框架结构就有可能出现了失效[1]。
王兴国在研究中进一步发现了当弯矩增大系数小于2时，建筑结构失效由中层失效模式控制，大于2时，建筑结构失效由上层失效模式控制[2]。
郭彤等则是对于建筑结构中的柱铰破坏现象展开了分析，并通过分析简化框架结构模型和精细模型，对比分析二者的破坏机制，研究结果发现，简化模型能够达到“强柱弱梁”破坏模式，相反精细模型无法实现。
如何理解“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点”
1强柱弱梁1.1“强柱弱梁"得本质指梁柱节点处,柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力。
1。
2为什么要保证“强柱弱梁”?因为框架结构得变形能力与其破坏机制有很大得关系。
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得内力重分布,从而增强结构得耗能能力与极限层间位移,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、1。
3怎样保证“强柱弱梁”？一般采用增大柱端弯矩设计值得方法(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。
1。
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得约束作用(梁截面为T形,PKＰM中以边梁与中梁得刚度放大系数来考虑),但梁得承载力设计时仍以矩形截面来配筋,并没有考虑楼板得约束作用,低估了梁得承载能力。
实际应该这样处理:按T形截面进行得内力分析,就应根据所得得承载力按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得承载力除以梁刚度放大系数,然后按矩形截面进行配筋。
②梁端配筋采用得就是柱中线处得内力,而实际上应该采用柱边得内力,而柱中线处得内力比柱边得内力大约２0％,实际上增加了梁端得配筋。
③由于设计习惯与钢筋需要归并等原因造成梁配筋得增大、2强剪弱弯2。
1“强剪弱弯”得本质指梁、柱与剪力墙底部得斜截面实际受剪承载力大于实际受弯承载力、２.2为什么要保证“强剪弱弯”？因为弯曲破坏就是延性破坏,有一定得征兆,如裂缝、挠度等;而剪切破坏就是脆性破坏,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。
2。
3怎样保证“强剪弱弯"?一般采用增大梁端、柱与剪力墙剪力增大系数得方法(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)。
框架结构“强柱弱梁”的抗震设计探讨
的情况下 ， 下柱显得较 粗 ， 厂房 整体效 果不 明显 。由于 吊车 吨位 参考文献 ： 小， 钢格 构柱柱肢基本采用 Ｈ型钢 即可 ， 减少 了钢板 的焊接 工作 ［ ］ 钟善 桐． 管混凝土 结构 ［ ． ３版． １ 钢 Ｍ］ 第 北京 ： 清华 大学 出版 量 。因此 ， 钢柱方案也是较佳选择 。 度大 ） 中采 用钢管混凝土柱 方案 比钢柱方 案节省造 价约 ３ ％ ， ０ 同 社 ，０ ３ ２０ ． 术 ，０ １３ （ ） ２ －２ ２０ ，２ ２ ：０２ ． ２ 在大 、 型工业 厂房（ ） 重 吊车吨位大 ， 轨底标高 高 ， 柱距 大 ， 跨 ［ ］ 钟善桐． 管混凝 土结构在我 国的应 用和发展 ［ ］ 建 筑技 ２ 钢 Ｊ． 时厂房 的抗侧 移刚度 大 ， 柱子 的安全 储备 大。 由于 厂房 高 大 ， 钢 ［ ］ Ｃ Ｃ ８９ ， 管混凝 土结构设计与施 Ｘ规程 ［ ］ ３ Ｅ Ｓ２ ： ０ 钢 － ． ｓ． 管混凝 土柱柱 肢截面小 ， 整体观感 轻巧 ， 美观 。因此 ， 在此 类厂房 ［ ］ Ｇ ０ １－０ ３ 钢 结构设计规 范［ ］ ４ Ｂ５０ ７２０ ， Ｓ． 中钢管混凝 土柱是 首选 。 ［ ］ 韩林海． 管混凝 土柱耐 火性 能和抗 火设计 的特点 ［ ］ 安 ５ 钢 Ｊ．
破坏形式 为“ 强梁弱柱”， 未能很好实现延性耗能 的 目的， 并与“ 强
线。在这两道防线之间 ， 大量地震输 入能量被结 构的 弹塑性变形
所消耗 。但在汶川地震 中， 框架柱 的破 坏 明显 重 于梁 ， 端与 节 柱
现浇框架结构的“强柱弱梁”设计
建筑设计与装饰
广东建材 ２０ 年第 ７ ０６ 期
现浇框 架结 构 的“ 柱弱梁 ＂ 计 强 设
王喜华 （ 茂名职业技术学 院）
摘 要 ：合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。 强柱弱梁” 强剪弱弯” “ 、 “ 等是建筑结构设计中非
常 重 要 的 概 念 。 本 文 就 如 何 设 ‘ 柱 弱 梁 强剪 弱弯 ” 简 要强柱弱梁”；强剪弱弯” “ “
合 理 的建筑 结构 体系 应该 是 刚柔相 济 的 。 结构太 刚 可 能会“ 玉石 俱粉 ”损 失 则更大 矣 ！ 建 筑结 构 中， ， 在 柱倒 梁 而梁 倒 了 ， 还 可 以不 倒 的 。可见 柱 承 柱 则变 形 能力 差 ， 强大 的破 坏 力瞬 间袭 来 时 ， 要 承 受 的 了 ， 会跟 着倒 ； 需 力很 大 ， 易 造 成局 部 受 损最 后 全 部 毁 坏 ； 太柔 的结 担 的责 任 比梁大 ， 不能先 倒 。 为 了保 证 柱是 在最 后 失 容 而 柱 我们 故 意 把梁 设 计 成 相对 薄 弱 的环 节 ， 使其 破 坏在 构 虽然 可 以很 好 的消减 外力 ， 容 易造成 变 形过 大 而无 效 ， 但 法使 用甚 至 全体倾 覆 。“ 柱弱 梁 ”“ 剪 弱弯 ” 是 建 先 ， 强 、强 等 以最大 限度 减少 可 能 出现 的损 失 。如 果 梁柱 等 同看 待 ， 图让 他们 都“ 企 坚不 可摧 ” 则可 能会 造成 同时破 坏 ， ， 筑 结构 设计 中非 常重 要 的概 念 。 有人 问： 为什 么不 是“ 强 柱 强粱 ‘ 剪强 弯 ” ？为什 么 所 有构 件 都很 强 的结 构 后 果会更 糟糕 ， 失会 更大 。那 么 怎样设 计“ 强 呢 损 强柱 弱梁 ” 体 系反而 不 好 ， 至会 有 安全 隐 患呢 ？ 甚 “ 剪弱 弯 ” 使结构 体 系达 到刚 柔相济 。 强 ， 这 里面 首先 包含 着一 个简 单 的道 理 ： 绝对 安 全 的结 框架梁柱的截面设计原则 构 是没 有 的。简 单地 说 ， 虽然整 个 结构 体 系 是 由各 种 构 １ 根据 震 害分析 ，以及近 年 来 国 内外 试验 研 究资 料 ， 件 协调 组成 一体 ，但 各个 构件 担任 的角色 不 尽相 同， 按 应 把框 架设 计成 延性 结构 。 、 塑性铰 设计 ， 粱 柱 应遵 循下 照 其 重要性 也 就有轻 重 之分 。 一旦 不 可意料 的破坏 力量
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框架结构强柱弱梁的实现
1引言
概念设计对于结构设计来说十分重要，甚至可以说概念设计是结构设计的根本。
概念设计有几个重要原则：“强柱弱梁”，“强节点弱构件”，“强剪弱弯”。
本文重点讨论框架结构的强柱弱梁问题。
框架结构设计上要求强柱弱梁，以保证结构的延性，用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。
强柱弱梁不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们对柱的设计弯矩人为放大，对梁不放大。
其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。
即柱的能力提高程度比梁大。
这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。
2规范的相关规定
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第6.2.2条规定：一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：
∑Mc =ηc∑Mb（1）
一级框架结构及9度时尚应符合
∑Mc =1 .2∑Mbua（2）
式中各符号意义见规范。
当反弯点不在柱的层高范围内时，柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第6.2.5，第7.2.22条以及《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第11.3.2条均有相似的规定。
3 问题
但汶川地震的结果并不如预想的一样，如下列图：
4讨论如何从设计上保证强柱弱梁
（1）框架梁端弯矩调幅
由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅。
优点：①减少负弯矩钢筋的拥挤现象。
②有利于实现强柱弱梁
③减少梁端，增大跨中，梁构件偏于安全。
（2）中梁刚度放大系数
《高规》第5.2.2条规定：在结构内力和位移计算中，现浇楼板和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。
其建议中梁该系数取2，边梁取1.5。
规范对于梁刚度的放大主要是为了考虑楼板刚度对梁的贡献。
因为我们手算、电算的时候是无法考虑楼板对梁的刚度贡献，因此规范规定可通过采用梁刚度放大的方法来近似考虑。
但在实际操作过程中，若对中梁刚度进行放大，一般情况下梁的内力会增加，相应配筋也会变大，因为T形截面的钢筋全配在了矩形截面里。
结构有由强柱弱梁往强梁弱柱转化的趋势。
所以建议算梁内力时，中梁刚度放大系数取1.0，算位移时，可以考虑中梁刚度放大。
（3）柱梁的线刚度比
虽然规范没有规定框架结构柱梁线刚度比。
但是框架柱作为竖向构件，有必要截面适当的强，对于传递竖向力的水平构件的框架梁也有必要适当的弱。
在抗震设防区，框架柱与框架梁的线刚度比宜控制在1.5～2.5范围较为合理。
但有些情况不宜实现，往往框架柱与框架梁的线刚度比值还会很小，比如框架柱与井字梁的边梁的线刚度比值。
此时建议结合柱轴压比进行控制，轴压比应比规范规定限值要小多些。
（4）控制柱子配筋率
《混凝土结构设计规范》规定柱中全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%。
但本人认为最好控制在1%～2.5%，一方面经济性较好，另一方面说明柱截面尺寸相对合适。
当柱配筋较大时说明柱截面尺寸相对较小，带来的必然是柱的线刚度较小。
结论
强柱弱梁概念设计对框架结构的延性及安全性起着重要作用，因为一旦柱端先与梁端出现塑性铰，轻者引起局部坍塌，重者引起整幢楼倒塌。
因此结构设计时应充分重视强柱弱梁的实现。
本文从结构设计过程中指出应该注意的问题和指标。
对结构设计有一定的指导意义。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。