一种强柱弱梁耗能型混凝土框架结构设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及建筑结构抗震设计技术领域，具体为一种强柱弱梁耗能型混凝±框架 结构抗打大地震不倒塌设计方法。
【背景技术】
[0002] 混凝±框架结构房屋在大地震中出现倒塌，从结构体系方面分析，主要是结构出 现柱较层屈服机构未出现设计预期的梁较耗能性机制，结构变为几何可变的机动体系所 致，原因除传统认为梁板整诱在一起后框梁强度刚度都增大抵抗内力变形能力增强有关 夕F，与梁柱间柱相对梁刚度偏柔变形大，同时柱为竖向受力脆性构件抵抗变形能力比梁差， 大震作用时上下柱端首先出现裂缝，在地震往复作用下有缝柱刚度退减变形增大导致裂缝 发展贯通形成柱较有很大关系，现行规范对实际梁增强柱相对梁偏弱从强度方面采用梁刚 度放大系数、柱端组合弯矩剪力增大系数增大，但对梁柱间截面刚度相对强弱关系无控制 要求，导致在结构变形验算层位移角不满足时还可通过增大梁截面尺寸满足限值要求，会 使梁柱刚度强弱关系进一步恶化，更增加柱较出现机会，赵西安；"从汉川地震看结构抗震 设计的一些问题"（建筑工人）提出柱截面小，轴压比大；柱头抢压碎，大震底层柱压塌，梁 跨度大截面尺寸远大于柱梁损坏轻，强柱弱梁难实现，提出适当加大柱配筋意见，但对柱刚 度增强无要求。莫庸；"保证大震不倒抗震对策探讨"（建筑结构09. 11);提出采用全现诱强 柱弱梁二道防线框架思路和强柱节点配筋计算要求；但无梁柱间强弱关系和弱梁刚度无具 体要求。叶列平；"縱口中学建筑震害调查分析"（建筑结构09. 11);总结框架教学楼倒塌 模式属柱较层屈服机制，特别是底层边柱先出较折断破坏导致整个结构向一侧倾倒破坏， 提出要实现强柱弱梁的破坏机制需合理分配结构中各构件和楼层的刚度强度；但如何分配 无定值。钟阳；"减法思维是实现强柱弱梁的有益补充"（建筑结构技术通讯）；提出大震 底层柱头钢筋受压屈服，抢压溃梁较未出现，适当的梁柱结构关系才可得大震不倒，刚度强 度应差异控制，简化理解就是截面和配筋，但对截面和配筋关系如何强弱控制无具体要求。 冯军；"如何理解强柱弱梁，强剪弱弯"（PKPM新天地10. 1);用实例提出框架柱梁线刚比在 0. 658时出现大震框梁下0. 5-0. 6m处柱抢脱落形成柱较震害，首先提出强柱弱梁柱梁线刚 比宜为1. 5-2. 5,但无整体结构计算结果验证，对比计算发现取值范围偏小不合理实际工程 较难实现。
[0003]本发明采用线刚度比控制框架梁柱间刚度强弱相对关系，通过结构布置调整柱梁 关系使框架柱和与其相接框梁线刚度比iyib> 1.0,保证了框柱截面线刚度不低于梁，避 免梁柱间柱相对梁刚度低变形大早出较难题，同时结构强度变形验算时保持柱梁刚度关系 采用提高材料强度配筋具体落实大震耗能性延性弱梁措施。
【发明内容】
[0004] 本发明目的；针对现行设计方法仅从框架强度受力方面采用梁刚度放大系数、柱 端剪力弯矩增大系数不能完全避免柱较先出现实现强柱弱梁耗能型框架设计要求，经对震 害分析研究发现柱相对梁截面刚度偏小是引起柱变形大早开裂出现较的主要原因，采用从 刚度变形方面控制框架梁柱间强弱相对关系的思路；用框架柱和与其相接框梁线刚度比 it/ib> 1.0,保证框柱截面线刚度不低于梁，避免梁柱间柱相对梁刚度低变形大早出较难 题，在降低梁刚度同时通过提高材料强度增加配筋，提高梁开裂后延性耗能能力解决梁弱 形成难题，保证强柱弱梁耗能型框架目标实现。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
[0006] 一、梁柱结构布置设计
[0007] 建筑结构布置调整梁跨度柱距离和梁柱截面尺寸使框柱与相接框梁线刚度比i。/ ib> 1. 0,使柱刚度不低于梁；框梁跨高比Lb/hb> 4,采用高宽尺寸接近或圆形截面柱，框柱 高度与截面高度比4,增加梁柱延性，将该=指标控制贯穿梁柱结构设计全过程；
[0008] 二、结构变形验算方法设计
[0009]结构变形验算指标弹性层间位移角[0。]、弹塑性层间位移角[0P]不满足规范限 值要求时，应调整竖向构件柱布置增加截面尺寸，或同时调整梁柱截面，而不用单独增加水 平构件梁截面尺寸，使梁刚度增大满足变形计算限值要求的方法；梁截面强度计算不足用 增加梁宽材料强度、输筋肢数，使梁截面强度延性增强而不随意增加梁高使梁刚度同时增 大的方法，使延性耗能弱梁要求具体落实；
[0010] =、梁柱节点处框柱对梁刚性约束设计，
[0011] 建筑框梁截面宽bb<同方向柱宽b。，保证梁柱节点处框柱对梁刚性约束作用，使 梁竖向弯曲变形产生的裂缝在梁柱节点外梁端出现，实现大震梁端先开裂出现塑性较的目 的。
[0012] 所述的保证柱线刚度高于梁条件能够实现，验算发现一般情况下，当梁跨^>柱 高Hc，hc>0.她b，^
b能满足柱 梁线刚度比〉1条件。
[0013] 本发明的有益效果在于用柱与其相接梁线刚度比方法来控制框柱刚度不低于梁， 通过结构布置调整柱梁布置、截面尺寸办法即可实现强柱要求；通过柱梁线刚度比ic/ib > 1和梁宽bb《同方向柱宽b限制框梁截面尺寸即可使实现大地震时塑形变形引起裂缝 首先在节点外梁端出现实现弱梁要求；通过采用高强度材料增加配筋调整输筋肢数形式增 大梁抗力和延性做到裂而不断实现耗能延性梁要求，目的明确力学原理概念清晰，实现路 径简捷具体，能够利用常用软件分析计算，指标符合现行规范要求，在10多项工程设计中 应用全部通过施工图审查对改善梁柱强弱关系实现强柱弱梁耗能性框架设计要求，保证大 震不倒设防目标有明显作用，经济社会效益显著。
【具体实施方式】
[0014]实例 1、
[0015] 一种强柱弱梁耗能型混凝±框架结构设计方法原理应用计算如下；1.计算公式 及示例
[0016] ①框柱梁线刚度比计算
式中；i。、ib分别为柱 梁线刚度，hb、h。梁柱截面高，bb、b。梁柱截面宽，H。、Ib柱高梁跨度，E抢弹性模量MPa;[0017]A:走道处；
[001 引 当Hc= 4m, 1b= 2. 4m, /?,, ^^ = 0.6"],取h|,= 0. 3m,
[0020] 取
同样条件当He= 6m,取hc= 0. 65m,
[0021] 其它不变，ic/ib= 1.02 ;
[002引B:房间内：当lb= 6m,Hc= 4m, /?/, <"^=1.5,取hb= 0. 6m,bb= 0. 3m,取
[002引 bc= 0. 5m,hc= 0. 5m,
同样条件当Hc= 6m,取
[0024] hc=0. 6m,其它不变，
当lb= 7. 5m,取
[00巧]hb= 0. 7，bb= 0. 4，Hc= 4m，hc=bc= 0. 6m,
司样条 件
[002引 当He= 6m，其它不变
[0027]C:会议室内；lb= 18m，取
[0028]hb= 1 . 2m,H4m,b 0 . 65m,h0 . 65m,b^ =
司样条件Hc= 6m,取hc=bc= 0. 70m,hb= 1. 2m,bb =0. 4m,
[0029]
a种情况验算说明结构保证柱线刚度高于梁可W实现。
[0030] 实例2、一种强柱弱梁耗能型框架建筑结构设计方法工程应用举例：
[0031] 某建筑工程五层框架结构，楼板厚0.Im，楼面活载2. 5KN/m%采用C30抢，HRB钢 筋，8度（0.2g)抗震设防，第S组Tg=0.45S，次梁Ll=0.2X0.45m(高），分别采用KZ= 0. 65X0. 65m，KL= 0. 55X0. 3m(宽）的模型Ml和KZ= 0. 5X0. 5m，KL= 0. 75X0. 40m(宽） 的模型M2,各模型计算结果见下表：
[00础 Ml模型X、Y向地震作用下位移计算结果（表1)
[0033]
[0040] Ml模型KL纵筋（边冲支座/边冲跨中cm2)(表w
[0041]
[0044]计算结果最大层间弹性位移角Max-Dyh，May-D/h接近分别1/552U/556和 1/554、1/552满足限值[0P]《1/550的模型Mi、2除一层变形外其它变形指标基本相同，M1 柱梁线刚比在6. 2~7. 9之间，底层层间位移Max-Dx，May-Dy分别4. 07、4. 04mm比模型M2 柱梁线刚比在0. 73~0. 75之间的底层层间位移6. 02、5. 99mm要小1/3,说明Ml模型底层 变形远小于M2模型，验证震害底层框柱端先开裂震害严重的现实；同时M1模型框梁截面尺 寸较M2模型小配筋面积大，同样大小地震作用下梁端比M2应先开裂出现较，而梁端延性又 因支座配筋面积大比M2模型好，有利强柱弱梁框梁端首先开裂出现较耗能型框架形成。
【主权项】
1. 一种强柱弱梁耗能型混凝±框架结构设计方法；包括梁柱结构布置线刚度比值控 制值、结构变形验算方法设计、梁柱节点处框柱对梁刚性约束弱梁设计要求；其特征在于： (1) 所述的梁柱结构布置调整梁跨度柱距离和梁柱截面尺寸使框柱与相接框梁线刚度 比iyib> 1.0,保证柱刚度不低于梁； (2) 所述的结构变形验算指标弹性层间位移角[0。]、弹塑性层间位移角限值不满 足规范值时，设计方法采用调整竖向构件柱布置增加截面尺寸同时调整梁柱截面尺寸，而 不单独增加水平构件梁截面高度，使梁刚度增大满足变形计算规范限值要求的方法； (3) 所述的梁柱节点处框柱对梁刚性约束设计，应满足框梁截面宽bb<同方向柱宽b。， W保证梁柱节点处框柱对梁刚性约束，使梁弯曲变形在梁柱节点外梁端出现，实现大震梁 端先开裂出现塑性较的目的。2. 如权利要求1所述的一种强柱弱梁耗能型混凝±框架结构设计方法，所述的柱截面 尺寸，采用高宽尺寸接近或圆形截面柱，保证框柱高度与截面高度比4,框梁跨高比 为U/hb> 4 ;避免短柱和高梁剪切脆性破坏。3. 如权利要求1所述的一种强柱弱梁耗能型混凝±框架结构设计方法，当结构计算出 现框梁截面强度不足时，应采用增加梁宽度、材料强度、输筋肢数，使梁截面强度延性增强， 而不随意增加梁高使梁刚度增大方法。4. 如权利要求1所述的一种强柱弱梁耗能型混凝±框架结构设计方法，所述要 求柱线刚度高于梁线，刚度条件满足柱梁线刚度比为〉1条件，在一般房屋结构均可实 He 现，当梁跨度lb>柱高He时，柱截面高he> 0.她b(梁高），当4^^，々，含1.26/?,，，当 争 </,,<//,，/?, >(0.8 ~1.26)/;,，，，就能保证柱梁线巧IJ度比ic/ib> 1.0。
【专利摘要】本发明公开了一种强柱弱梁耗能型混凝土框架结构设计方法，其特点在于用柱与相接梁线刚度比方法来控制框柱刚度不低于梁，通过结构布置调整柱梁布置、截面尺寸办法实现，在工程设计时只要调整柱梁布置截面尺寸使框柱与相连梁线刚度比ic/ib>1.0，,Hc/hc和lb/hb≥4,即可防止框柱因刚度相对梁偏柔柱变形大裂缝先在柱端出现，从梁柱刚度方面控制柱强于梁解决柱因刚度小变形大先开裂出铰难题；同时通过限制梁高使其线刚度比柱小,增大梁变形开裂机会,控制梁跨高比lb/hb≥4，梁强度计算不满足时通过提高材料强度增加宽度箍筋肢数使截面配筋满足强度要求又增加框梁开裂后延性和抵抗大震时塑性变形耗能能力，该方法有利于强柱弱梁耗能型框架的形成保证大震不倒设防目标实现。
【IPC分类】E04B1/98, E04B1/58
【公开号】CN104929260
【申请号】CN201510194442
【发明人】王应麟, 景红香, 凡秀荣, 张鼎, 齐永翔
【申请人】静宁县建筑设计有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月21日