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【工程师雷东宝原创】假如地震来了,框架结构强柱弱梁能扛住吗?

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来源:土木工程结构设计 作者:工程师雷东宝 某天中午午休期间,我正聚精会神看女排世界杯中国女排VS美国女排的比赛集锦时,冯工轻轻的凑过来:雷工,你也喜欢女排啊!嗯,铁杆粉丝,咱赢了美国这场,世界杯冠军就稳了,我说道。嗯,我有个小问题,雷工,就是我看混规中框架结构的抗震措施有强柱弱梁这条,我有点乱,你能给我捋捋吗,小冯略带请求的语气说道。 哦,行,我有些不舍的关上了手机。 1 地震来的时候,框架结构的破坏模式

来源:土木工程结构设计

作者:工程师雷东宝

某天中午午休期间,我正聚精会神看女排世界杯中国女排VS美国女排的比赛集锦时,冯工轻轻的凑过来:雷工,你也喜欢女排啊!嗯,铁杆粉丝,咱赢了美国这场,世界杯冠军就稳了,我说道。嗯,我有个小问题,雷工,就是我看混规中框架结构的抗震措施有强柱弱梁这条,我有点乱,你能给我捋捋吗,小冯略带请求的语气说道。

哦,行,我有些不舍的关上了手机。

1 地震来的时候,框架结构的破坏模式

我马上进入到探讨专业问题的状态:来一个灵魂一击:小冯,你也做了一个小框架了,就是那个厕所,你知道当地震来的时候,你做的那个小厕所是怎么破坏的吗?

怎么坏的?这我哪知道啊?小冯有些无辜的说道。

你设计的,你应该知道啊?我步步紧逼道。

我没好好想过这个问题,我就按照PKPM算出的结果配筋,再满足规范要求,谁还管它怎么坏的呀?冯工做摊手状,又满怀期待的等着我的答案。

其实你要是按规范的要求,当地震来的时候,是梁先坏,形成梁端塑性铰,然后柱再坏,我自信的说道。

2 如何保证地震时框架梁先破坏

是吗?那你怎么就能保证梁先坏呢?冯工似乎还在做最后的挣扎。

答案就在这里,我拿出书架上的混凝土结构设计规范(2015年版),翻到了第170页:你看下面这个公式。

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我举个例子吧(本文仅做概念讨论,忽略荷载组合这一复杂工况,仅考虑一个工况:地震组合),节点处梁柱的弯矩应该平衡,比如梁端计算出来地震工况(小震)组合下弯矩500KN.M(以下忽略单位),柱端受到的弯矩也是500。

如果我们就根据这个500来配置梁和柱的钢筋,使其实际承载力均达到500,那地震时真不知道是谁先坏了。

但如果,我按照混凝土规范,抗震等级二级,则尽管我计算出来的梁端弯矩是500,柱端弯矩也是500,实际配筋时我按照500来配梁的受力钢筋,使梁实际的受弯承载力达到500;但我按照1.5X500=750来配置柱子钢筋,使柱子实际的受弯承载力达到750而不是500,那么你想想,实际地震来的时候,要是该节点弯矩小于500(小震下),梁柱都没事;要是为600(中震下)呢,梁坏了,柱子没事;直到地震更强到750,柱子才会坏。说完,我喝了口水,润了润喉咙,看向冯工。

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哦,原来是这样,这就是强柱弱梁啊,感觉之前做设计什么也没想啊,冯工对我做出点赞的手势,充满感谢的说道。

3 为什么框架结构在地震时要做到强柱弱梁

这确实就是强柱弱梁的含义,但你知道这么做的目的是什么吗?我没有半点放松,又一次的直击冯工灵魂的问道。

是为了耗能吧,冯工好像不大确定的说道。

嗯,是的。框架结构需要有延性,这样才能抵抗中震。一般框架只按照小震弹性计算的,不计算中震,靠一些延性措施满足中震。梁一般是受弯破坏,受弯破坏本身延性大,且梁破坏后不至于导致整个建筑的倒塌;柱子一般轴压比较大,是偏心受压破坏,这种破坏模式延性小,且破坏后可能导致整个建筑的倒塌,因此耗能的重任就落在的梁的身上。我不紧不慢,缓缓道来。

4 为什么框架梁要设计成中震时坏掉

那你的意思,梁在中震时一定会破坏吗?不破坏,不更好吗?冯工问道。

你这个确实是个好问题,证明你脑子思考了。

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我再给你举个例子吧,小震弹性下,梁端计算弯矩假设是500,若要中震弹性,梁端计算弯矩可能是1000,按照1000来配筋,梁有可能超筋,这时就要重新确定梁的截面了。但是如果按照小震弹性计算弯矩500来配筋,并保证梁有足够的延性,其实在中震的时候,也是能够抵抗的住的,仅仅是变形大点而已。其实,这是两种抵抗地震力的方法:靠强度扛或靠延性(变形)扛,都可以。只不过靠强度扛,代价大。结合我国的国情,一般项目,均选择用变形扛地震,我自信的说道。

谢谢雷工,到现在我感觉终于搞明白框架结构强柱弱梁了,结构设计果然博大精深啊,似乎有哲理的韵味,冯工边点头边说道。

看着冯工,我想起几年前的我,也是为了某个知识点而不断追求,满满的奋斗的样子。

本文原创:土木工程结构设计,作者:工程师雷东宝  

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全部评论
  • 结构狗0991
    结构狗0991 2019年12月27日 11:07:09 2楼

    遇到一个有耐心的好师傅不容易。

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  • 姬十四
    姬十四 2019年12月30日 08:31:48 3楼

    解释很浅显,适合新人对概念的理解

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