钢和混凝土结构抗震设计的基本原则有区别吗

经常会遇到和钢筋混凝土的设计理论混在一起，比如这个抗震概念设计中的“三强三弱”。是否仍然适用于钢结构？

概念设计的基本原则，有时就直接影响到设计的优化方向。

下面就谈一谈自己浅显的看法：

钢筋混凝土框架结构

查阅资料才知道有“四强四弱”：

1. 1. 强柱弱梁

2. 2. 强剪弱弯

3. 3. 强节点弱杆件

4. 4. 强压弱拉

那钢结构抗震设计也适用这些原则吗？那就要从这几个原则的基本出发点说一说。

强柱弱梁

在框架结构中，为了提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌，使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。具体来说，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。

柱顶先破坏

在实际设计中，“强柱弱梁”的设计理念可以通过调整系数、加大柱端弯矩和剪力设计值、提高柱的抗剪强度和抗弯强度等方式实现。

这些也仅限于一定经验数值的概念设计，因为钢筋和楼板的原因，梁端实配情况下的抗震承载力是比较难确定的。如果要让钢筋混凝土框架表现出很好的延性，实际上是不省钢的。

钢结构实现的方式有多种形式，比如骨形连接（RBS）

骨形连接（RBS）

强剪弱弯

在梁端塑性铰的转动过程中，要求梁和柱的斜截面受剪承载力更强，大于其正截面受弯承载力，可能发生的将是延性破坏，不是脆性破坏。

在设计中，需要有目的地增大柱子和梁的剪力设计值，不同抗震等级采用不同的剪力增大系数（1.1~1.3）。

梁的剪切破坏

钢结构抗震设计中需要考虑“强剪弱弯”吗？不需要。

因为钢结构的抗剪承载能力非常高，通过下面一个算例可以看出有多高。

比如一根500x200的钢筋混凝土梁，在抗弯承载能力达到最大时，相应的剪力设计值为266.7kN，该截面的抗剪承载力只有202kN，所以钢筋混凝土梁，非常需要“强剪弱弯”的设计。

一根H型钢600x200x11x17的截面，在抗弯承载能力达到最大时，自身的抗剪承载能力还有3倍多的余量，所以钢构件不需要考虑“强剪弱弯”的设计。

钢构件的设计一般都是弯矩控制的，很少有剪力控制。

强节点弱杆件

框架节点不应先于梁、柱屈服破坏，体现在节点抗剪承载力不低于梁柱抗震承载力。为了保证结构具有足够的韧性，节点处容易发生剪切破坏，应优先考虑抗剪能力。所以节点域的验算是为了满足强节点弱构件的要求。

• ? 对于混凝土框架梁柱节点有节点剪力增大系数（1.1~1.5）。

• ? 对于钢结构梁柱节点有钢结构连接系数（1.0~1.45）。

理想的节点破坏模式

钢结构的强节点

强压弱拉

钢筋受拉屈服在前，混凝土受压破坏在后．这是杆件截面产生塑性铰的前提。要使受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土破坏，则要控制柱的轴压比、限制梁的受拉配筋率及受压区高度。

对于钢结构，轴压比更是控制要点，压弯稳定性常常控制钢构件的设计。

钢结构框架结构

抗震设计的基本原则是：强柱弱梁，强节点弱构件，强压弱拉。

钢结构抗震不用考虑“强剪弱弯”。

小结

在“强柱弱梁”的概念设计中，还应增加一项“强柱根”。对钢结构而言，就是“强柱脚”。

强柱脚-外包式钢柱脚

为了做到这些抗震的基本概念设计，相关规范作出了一系列的规定，可惜的是规定的内容过于零散，很难系统化地理解。

程序自动设计，增大系数乘增大系数，然后就发现配筋或者节点就设计得很大，有时候不自己去复盘下结果怎么出来的，这么硬做下去，很难说服自己，是否真的合适。

系统化地理解概念设计怎么体现在具体规范条文、怎么落实到软件参数设计和人为优化调整，这个问题感觉是个“深坑”，有时间再慢慢系统梳理吧，干活出活要紧。