現(xiàn)澆樓板對(duì)框架結(jié)構(gòu)柱梁強(qiáng)度比的影響研究

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1、汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報(bào)告,北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.6,北京,263-271.1現(xiàn)澆樓板對(duì)框架結(jié)構(gòu)柱梁強(qiáng)度比的影響研究馬千里，葉列平，陸新征，馬玉虎（清華大學(xué)土木工程系，北京，100084）摘要：“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制是框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原則，但由于現(xiàn)澆樓板等因素的影響，實(shí)際框架結(jié)構(gòu)并不能實(shí)現(xiàn)梁鉸屈服機(jī)制。本文總結(jié)了大量研究者的試驗(yàn)和分析結(jié)果，并通過算例證明樓板對(duì)框架梁的負(fù)彎矩承載力有較大提高，因此建議將框架梁等效為Ｔ形或者　型梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，在此基礎(chǔ)上按規(guī)范要求考慮柱端彎矩放大系數(shù)；或?qū)前邃摻羁紤]為超配鋼筋，進(jìn)一步提高柱端彎矩放大系

2、數(shù)，使實(shí)際結(jié)構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的屈服機(jī)制。關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)柱弱梁，柱梁強(qiáng)度比，樓板，有效翼緣寬度1概述框架結(jié)構(gòu)梁鉸屈服機(jī)制是抗震設(shè)計(jì)所期望的框架失效機(jī)構(gòu)?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范條文說明》[1]指出框架結(jié)構(gòu)的變形能力與框架的破壞機(jī)制密切相關(guān)。試驗(yàn)研究表明，梁先屈服，可使整個(gè)框架有較大的內(nèi)力重分布和能量消耗能力，極限層間位移增大，抗震性能較好。我國(guó)現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2001）[2]規(guī)定，對(duì)于考慮地震作用組合的一、二、三級(jí)框架柱，除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱的節(jié)點(diǎn)外，柱端組合的設(shè)計(jì)彎矩應(yīng)滿足式（1）要求：ΣMc

3、=ηcΣMb（1）一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及9度時(shí)尚應(yīng)符合ΣMc=ηcΣMbua（2）其中，ΣMc為節(jié)點(diǎn)上下柱端截面順時(shí)針或反時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和，上下柱端的彎矩設(shè)計(jì)值，可按彈性分析分配；ΣMb為節(jié)點(diǎn)左右梁端截面反時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和，一級(jí)框架節(jié)點(diǎn)左右梁端均為負(fù)彎矩時(shí)，絕對(duì)值較小的彎矩應(yīng)取零；ΣMbua為節(jié)點(diǎn)左右梁端截面反時(shí)針或順時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值之和，根據(jù)實(shí)配鋼筋面積（計(jì)入受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定；ηc為柱端彎矩增大系數(shù)，一級(jí)取1.4，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。雖然規(guī)范對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)作了具體的規(guī)定，但

4、在這次汶川地震中幾乎沒有見到框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)梁鉸機(jī)制，很多現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)仍然出現(xiàn)了柱端破壞的震害（見圖1），甚至有節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞的情況。出現(xiàn)這種震害現(xiàn)象的原因有，框架梁跨度過大使得其截面尺寸增大、框架梁上有填充墻使得框架梁剛度增大、樓板對(duì)框架梁的剛度和承載力貢獻(xiàn)，規(guī)范對(duì)框架柱的軸壓比限值過高使得框架柱的截面尺寸偏小等。因此，要充分實(shí)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)的“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制，需要進(jìn)一步開展深入全面的研究。本文僅從樓板對(duì)框架梁的剛度和承載力貢獻(xiàn)，分析研究框架結(jié)構(gòu)柱梁強(qiáng)度比對(duì)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的影響。現(xiàn)澆樓板一般與框架梁結(jié)合良好，共同工作能力強(qiáng)，可顯著提高框架梁的抗彎剛度和承載

5、力，主要體現(xiàn)在兩方面：(1)在正彎矩區(qū)，樓板和框架梁共同組成一T型梁，有效增加了框架梁的受壓區(qū)寬度。(2)在負(fù)彎矩區(qū)，樓板內(nèi)的超配鋼筋相當(dāng)于增加了框架梁的負(fù)彎矩筋，會(huì)顯著增強(qiáng)框架梁的抗負(fù)彎矩承載力?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范條文說明》[1]指出，“強(qiáng)柱弱梁”的概念設(shè)計(jì)，由于地震的復(fù)雜性、樓板的影響和鋼筋屈服強(qiáng)度的超強(qiáng)，難以通過精確的計(jì)算真正實(shí)現(xiàn)。故而抗震規(guī)范僅規(guī)定對(duì)9度及一級(jí)框架結(jié)構(gòu)汶川地震建筑震害調(diào)查與災(zāi)后重建分析報(bào)告,北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.6,北京,263-271.2需要考慮框架梁的實(shí)際受彎承載力；其他情況通過彎矩增大系數(shù)來近似考慮一定的超配鋼筋和

6、鋼筋超強(qiáng)。但在具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，規(guī)范沒有要求考慮樓板對(duì)框架梁極限承載力的影響，僅在條文說明中指出當(dāng)計(jì)算梁端抗震承載力時(shí)，若計(jì)入樓板內(nèi)的鋼筋且材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值考慮一定的超強(qiáng)系數(shù)，則可以提高框架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”的程度。圖1汶川地震中框架結(jié)構(gòu)的柱鉸破壞機(jī)制我國(guó)規(guī)范中雖然對(duì)豎向荷載作用下梁的剛度考慮了樓板的增強(qiáng)作用，將中梁和邊梁剛度一般分別放大到原來的2倍和1.5倍，但對(duì)框架現(xiàn)澆樓板內(nèi)與梁肋平行的鋼筋參與梁端負(fù)彎矩承載能力的問題沒有做出明確規(guī)定。蔣永生等[3]曾做過一組現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，指出帶有翼緣的框架梁由于翼緣內(nèi)平行于梁肋的鋼筋參與受力，使得節(jié)點(diǎn)支

7、座處的實(shí)際負(fù)向屈服彎矩比無翼緣梁的實(shí)測(cè)值提高了30%左右，已經(jīng)超過很多情況下柱端彎矩增大系數(shù)所包含的梁超強(qiáng)富余。這說明采用現(xiàn)行規(guī)范，不考慮樓板鋼筋設(shè)計(jì)出的框架梁可能無法滿足實(shí)際結(jié)構(gòu)中“強(qiáng)柱弱梁”的要求，實(shí)際結(jié)構(gòu)中樓板鋼筋殘余框架梁受力的鋼筋很可能超出框架梁自身配筋面積的10%以上，因此現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的“強(qiáng)柱弱梁”要求，實(shí)際無法實(shí)現(xiàn)。2．典型框架分析為分析研究樓板對(duì)框架梁剛度和承載力貢獻(xiàn)的影響，本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)典型框架進(jìn)行分析計(jì)算。結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)參數(shù)為6層框架，縱橫向各4跨，開間6m×6m，層高3.6m，樓面恒載3.75kN/m2，活載2.0kN/m2，柱截面45

8、0mm×450mm，梁截面250mm×600mm，計(jì)算時(shí)按（恒載+