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框架结构的“强柱弱梁”——钢筋不是你想加,想加就能加

发布于:2022-12-16 13:53:16 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

相信很多结构小白们在绘制施工图的时候都会听到这样的话:“哎,你这根梁的配筋有点小啊,跨度那么大,还是多上一根钢筋保险”,又或者是:“配筋这几根筋,到时候出了裂缝,钢筋生了锈,你就知道后悔了。”


听到前辈们用这样的语气跟你说话,是不是顿时觉得心里有点慌,毕竟人家经验丰富,大活小活见了无数,俗话说听人劝吃饱饭,也就敲几下键盘的事儿,花甲方的钱买自己的心安何乐而不为。


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其实你并不知道,正是所谓的“经验之谈”给很多框架结构埋下了隐患,这就是我们土木工程专业最早接触到的一个概念——强柱弱梁。


记得我在上大学的时候,还没有学会计算各种承载力挠度裂缝之前,先听到老师讲概念:“框架结构最看重三个问题——强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”


为什么强柱弱梁这么受重视?


从受力角度讲,框架结构理想的破坏机制是在地震作用下,先由梁端产生塑性铰,此过程会消耗地震能量,地震作用减小后,结构的受力状态将会改善,柱子得到了更好的保护。


从破坏后果讲,在框架结构中,框架柱是最主要的承重构件,一旦地震作用下,框架柱先于框架梁破坏,必然导致梁板重叠下落,造成人员的巨大伤亡。


既然强柱弱梁的设计思路如此重要,为什么实际工程中却未能实现呢?


首先,楼板与梁现浇在一起,楼板作为梁的翼缘,使其由矩形梁变成了T型梁,抗弯刚度和抗弯承载力均显著提升:正弯矩作用下,楼板的混凝土与梁受压区混凝土共同抗压,增大了受压区宽度;负弯矩作用下,部分板内钢筋与梁上部纵筋共同抵抗负弯矩。


对于这种状况,在设计时会放大边梁和中梁的截面刚度,倍数分别取2和1.5。抗弯刚度增大导致由结构分析得到的梁端弯矩增大,但增大的配筋全部配置于梁内,楼板的配筋并未考虑,因此实际工作时,由板筋所造成的框架梁超配筋,在二三级框架下,就已经超过了规范对柱端弯矩的增大系数,致使强柱弱梁失效。


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其次,对于截面尺寸较大的梁柱,计算时不考虑梁、柱端刚域的影响;在实际配筋时人为放大配筋;支座处以裂缝控制配筋等都是造成钢筋超配的因素。


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一部分设计人员出于安全考虑,秉承“宁大毋小”的原则,将梁的计算结果根据自身经验加大,而不增大柱子的钢筋,变相增加了梁的抗弯能力,削弱强柱弱梁的作用。


那么本文开头说到的,为了满足抗裂而放大钢筋的做法,也是不可取的,计算软件在计算框架梁时,都是把梁当做独立梁(梁两侧没有楼板)来对待。没有考虑到楼板对梁抗裂计算的贡献。其实绝大多数情况下,按强度计算时,所配置的钢筋可以满足0.3mm的抗裂要求。


另外,配筋计算时按照弯矩包络来设计的,也就是说对应于承载力极限状态,而裂缝计算是在正常使用极限状态下考虑的,故而按正常使用工况计算时裂缝并不大。反而是裂缝的出现,在地震作用时,更容易满足强柱弱梁的要求。


最后,框架梁上有时会布置填充墙,地震作用时,填充墙会与梁一同运动,增大了梁的刚度,这一点计算时也是考虑不到的。


为了实现“强柱弱梁”,我们需要做什么?


1)考虑框架梁有效翼缘宽度范围内与框架梁纵筋通向的板内钢筋的作用,可近似取梁两侧各6倍楼板厚度范围。


2)控制梁底通长钢筋数量,梁跨中底筋和支座处底筋会有差别,应适当的控制底筋进入框架柱内的根数,在配置两排钢筋时,上排钢筋尽可能在柱外截断,使进入柱内钢筋满足计算值即可。另外,节点处锚固过多的钢筋还会影响混凝土的浇筑质量。


3)适当考虑塑性内力重分布的影响,采用柱边截面处梁端内力值进行配筋和裂缝宽度验算。根据工程经验,对梁端弯矩进行适当的折减。


4)严格控制梁端钢筋的超配,使梁端负弯矩钢筋实配面积为计算面积的95%~100%,梁端正弯矩钢筋超配不超过10%。

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知识点:框架结构的“强柱弱梁”

  • fst10
    fst10 沙发

    原来单靠软件计算结果设计是远不够的,还需要更多的实践经验。

    2023-01-30 22:07:30

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这个家伙什么也没有留下。。。

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