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导致梁端钢筋“超配”因素的分析
张海宁方旭春王倩
（贵州大学土木工程学院，贵州阳550025）
工程科技
摘要：在大震中实现“强柱弱梁"的变形与届服机制是结构设计师们不解追求的目标，但实际中总是难以实现。为了保证框架结构“大震不例”，减少人伤亡和财产损失，国家规范要求框架结构在大震中实现“强柱弱渠"的届服机制。工程中大多数钢筋混凝土框架结构仍未能实现预期的“强程弱渠”层服机制，其中有很大一部分固素是由于梁端钢筋“超配"造成的。本文针对工程中梁端钢筋“超配"固素进行深讨，并提出了有关的建议，为今后枢结构的设计从而实现达到要求的“强柱弱梁"的届服机制提供了参考。
关键词：褪架结构；强往弱梁；简化模型；超配
我国规范抗震设计理念都通过多遇地震作用下采用处于弹性工作状态的线性分析方法来计算结构的承载力，通过罕遇地震作用下采用处于弹塑性工作状态的弹塑性分析方法来验算结构的延性及耗能能力。在20世纪70年代新西兰学者首先提出钢筋混凝土结构抗震设计的"能力设计"基本方法，其中的"强柱弱架"屈服机制就是要求架柱结点处架端实际弯矩承载力之和要小于结点上下柱端弯矩承载力之和，使塑性铰在大震下出现在架端的延性和耗能机制。从2008年汶川地震的震害来看，完全实现"强柱弱梁"的屈服机制依然很难得到保证,灾害更多表现为柱铰机制，甚者在某一层出现全部柱较机制致使房屋倒塌。2010国家修正了规范的部分内容，要求进一步提高，但是导致“强架弱柱”原因的梁端钢筋超配仍然存在并值得考虑。
1考虑楼板刚度对梁刚度放大造成钢筋超配
工程中设计过程中，考虑架楼板翼缘对梁端负弯矩区的影响，是得合实际受力情况的，而在实际配筋时是接楼面简载传到案上，架再传到柱子上，板和案柱分开计算。《高层建筑混凝土结构技术规程》3(JGJ3-2010)指出在计算结构内力时，采用现浇楼板和装配整体式楼盖的结构，近似考患翼缘对架刚度的增大作用，增大系数根据翼缘情况取1.3-2.0。传统软件在计算内力时采用增大系数考患楼板的面外刚度，按有翼缘的框架架进行计算，那么也应该把计算得到的部分配筋配置在梁的有效翼缘内，让架和板共同承受负弯矩，而实际计算的钢筋全部放置在架内。而板计算时仍接面荷载和自重荷载配置，这样就多考虑一次有效宽度范围内板筋的作用，这导致框架架实际配筋大于所需配筋，实际负弯矩承载力大于设计值。
2计算模型的简化
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)H5.2.23规定，梁杆件的计算跨度可按其两端支撑长度的中心距或净距确定，并应根据支撑点的两端刚度或支撑反力位置加以修正。面传统软件按架梁两端支撑长度的中心距计算，而没有考患修正。在实际工程中，架的支撑反力位置在架柱截面交点处。当架柱界面尺寸较大时，这种计算所得的弯矩比实际弯矩偏大的更显著。
软件将梁柱等杆单元都简化为线单元，以梁柱轴线交点间的距离作为梁的跨度计算内力。软件把梁柱轴线交点处的弯矩值作为架增弯矩进行配筋设计，而实际案端所承受弯矩应取架柱截面相交处的弯矩值，势必造成梁负弯矩钢筋超配。在计算简图中，忽略了柱截面尺寸对内力计算的影响传统结构设计软件中剪力简图一直到梁柱交点处，符合实际情况的整个架上的剪力值Fv在梁柱交界处达到最大值，从梁跨内的架柱截面交界处到梁柱轴心交点处的梁上剪力应该为零。计算简图中剪力在均布荷载下沿梁成线性分布，弯矩成开口向上的二次抛物线（如图1所示），得到架柱轴线交点处的弯矩值为Ms，比梁柱截面交接处弯矩M增大很多，势必造成架端钢筋超配越严重，确切的梁柱轴线交点处的弯矩值M'为M"=M+FvxB，而软件算得M，时在梁柱交界处到架柱轴线交点处的剪力绝对值始终大于Fv，最终弯矩M。大于M'。工程中当需要减少案端负弯矩钢筋时，为简化期间取M=M。=Fv×B，由于M大于M,这样计算的配筋需要的弯矩仍比实际的大，不过这样的误差足以满足工程对精度的要求。为保证结构更好的实际工作状况，架配筋应按架柱交点处的弯矩值M来计算，近似取弯矩M=Ma-Fv×B。
3设计人员后期调整的影响
配柱头两端梁的钢筋时，一些结构工程师在修改的时候，总会按着柱端一侧弯矩较大的梁的配筋值来配筋，目的在于避免柱项两端的配筋量不一致而采用不同的钢筋直径时，梁的上部钢筋在柱内搭接，影响施工中混凝土浇筑梁,同时可以提高梁端的承载力以保证有较大的安全储备。但这样单方面的提高案端安全储备
的同时却忽略了是否
图1结点处受力图
还满足“强柱弱梁"的届服与耗能机制。在保证安全储备的同时也要兼顾柱梁弯矩比的要求，否则荣的安全储备再高，当某一层柱端全部出现了柱铰机制，也会在大震下倒塌。设计时超配梁端钢筋可以提高梁构件的承载力，确实是使梁构件有了更多的安全储备，表面上看来是保守的做法，更偏于安全。但是设计中这种做法，只保证了架的安全储备提高，却提高了造价，级略了罕遇地震下保证结构安全、合理耗能的机制，致使在罕遇地震下架端刚度过大，导致梁设机制转变为柱饺机制，柱饺先于梁饺出现的安全隐患，违背规范要求
的强柱弱架机制。此时可以考虑柱端箍筋加密的构造做法。 4结论
4.1考虑了楼板的面外刚度，应该按有翼缘的框架案进行计算，也应该把计算得到的部分配筋配置在梁的有效翼缘内，让和板共同承受负弯矩
4.2对传统结构设计软件计算的结果，可以在设计时用文中的公式去调整梁端配筋的弯矩，适量减少架端钢筋用量保证强柱弱
4.3设计人员在设计时放大梁端钢筋时，需考虑柱梁弯矩承载力比的要求
4.4为了保证“大震不倒"的延性要求，要严格保证结构不出现整层柱机制，尽量减少和避免出现柱设机制。精确计量案超配航对抗震的影响大小还不太现实，在按规范要求的柱架弯矩承载力比设计时，尽量避免因架超筋.同时要加强柱赠筋配置，减小柱子轴压比，保证柱子在出现柱铰时有较大的耗能和延性能力，避免倒期
参考文献
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