第３６卷第５期 四川建筑科学研究 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ５５ ２０１０年１０月 现浇板钢筋对混凝土框架结构抗震影响分析 宋吉荣 ，何世龙 （１．西南交通大学土木工程学院，四川成都２．西南交通大学力学与工程学院，四川成都摘６１００３１； ６１００３１） 要：通过对汶川地震后的震害分析调查发现，“强梁弱柱”成为震区框架结构破坏的普遍现象，说明采用现行ＧＢ５００１１— ２００１《建筑抗震设计规范》的相关规定，实际上无法实现“强柱弱梁”的要求。为解决这一问题，分析了影响混凝土框架结构实 现“强柱弱梁”因素，特别从现浇楼板钢筋对实现“强柱弱梁”的影响和现浇板对框架梁正截面承载力的影响进行了深入研究， 并在此基础上做了典型案例分析，提出具体没计对策和建议：（１）设计时有必要把６ ；宽度的楼板配筋作为梁的配筋，从而适 当减小粱的截面配筋；（２）设计时不考虑楼板对梁刚度的加强作用计算梁的截面配筋，考虑楼板对梁刚度的加强作用计算柱 的配筋。 关键词：框架结构；强柱弱梁；现浇楼板钢筋；设计对策 中图分类号：ＴＵ３７５．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１９３３（２０１０）０５—０５５—０３ Ｔｈｅ ａｓｅｉｓｍａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔ－ｉｎ—ｐｌａｃｅ ｓｌａｂ ｔｏ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＳＯＮＧ Ｊｉｒｏｎｇ ．ＨＥ Ｓｈｉｌｏｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｔ ｉｓ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄａｍａｇｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ Ｗｅｎｅｈｕａｎ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｒｅａｓ ｗａｓ ｔｈｅ“ｓｔｒｏｎｇ ｂｅａｍ ａｎｄ ｗｅａｋ ｃｏｌｕｍｎ”ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ａｓｅｉｓｍｍａｔｉｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＧＢ５００１ １—２００１）ｓｔｉｌｌ ｄｏ ｎｏｔ ｈａｖｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｌｍｎｎ ｗｅａｋ ｂｅａｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ，ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｌＬｌｌｎｎ ｗｅａｋ ｂｅａｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｕｃｔｕｒｅｓ，ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ ａ ｄｅｅｐ ｓｔｕｄｙ ａｉｒｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔ—ｉｎ—ｐｌａｃｅ ｓｌａｂ ｏｎ ｔｈｅ ｆｕｌｆｉｌｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｌｕｍｎ ｗｅａｋ ｂｅａｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔ—ｉｎ－ｐｌａｃｅ ｓｌａｂ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｔｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｂｅａｍｓ ｇｏｔ ｏｎ ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｄｅｓｉｎ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｇｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ： （１）Ｉｔ ｗａｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｓｌｂ ｗｈｉａｃｈ Ｗａｓ ６ｈ ｆｉｎ ｗｉｄｔｈ ｓ ａｈｅ ｔｒｅｉｆｏｒｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｂｅａｍｓ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｄｕｃｅｒ ｈｅｔ ｒｅｉｆｏｒｎｃｉｎｇ ｂａｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｍｓ；（２）Ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓｌｂｓａ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｉｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｍｓ ｗｈｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｉｆｏｒｃｉｎｎｇ ｂａｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｍｓ，ａｎｄ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｗｈｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｂａｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｕｍｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅｓｔｕｅｔｒｕｒｅ；ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｌＬｌｎｌＵ ｗｅａｋ ｂｅａｍ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔ—ｉｎ—ｐｌａｃｅ ｓｌａｂ；ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ ０ 引 言 钢筋混凝土框架结构，由于其自：身侧向刚度较 正实现“强柱弱梁”，已成为结构设计人员关心的重 大问题。 小，地震作用引起的侧向位移较大，合理的抗震措施 成为实现框架结构具有良好抗震性能的有力保证， 其中“强柱弱粱”就是框架结构抗震设计中不可忽 视的重要抗震措施之一。实际工程中，影响强柱弱 梁的因素很多，如何抓住主要矛盾，在抗震设计中真 １ 规范规定 框架结构的“强柱弱梁”破坏机制，即梁铰屈服 机制，是抗震设计所期望的框架失效机制。梁铰屈 服机制可使整个框架具有较大的内力重分布和能量 消耗能力，极限层间位移增大，抗震性能较好。 ＧＢ５００１ １—２００１《建筑抗震设计规范》规定，对于考 虑地震作用组合的一、二、三级框架柱，除框架顶层 和柱轴压比小于ｏ．１５者及框支梁与框支柱的节点 外，柱端组合的设计弯矩应满足下式要求： 收稿日期：２０１０－０３—１６ 作者简介：宋吉荣（１９６１一），男，山东莱阳人，博士，教授，研究方向 结构优化与项目管理。 基金项目：西南交通大学校基金科技发展基金资助项目（２００８Ａ０４） Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｏｎｇ＠ｓｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｒｌ ∑Ｍ。＝叼。∑Ｍｂ 四川建筑科学研究 第３６卷 一级框架结构及９度时，尚应符合： ∑Ｍ。：７７ ∑Ｍｂ 式中 ∑ ——节点上下柱端截面顺时针或反时 针方向组合的弯矩设计值之和， 上下柱端的弯矩设计值，可按弹 性分析分配； ３ 现浇板对框架梁正截面承载力的 影响分析 目前，混凝土框架结构基本采用现浇板，现浇楼 板与框架梁整体浇筑，共同工作能力强，可显著提 高框架梁的抗弯刚度和承载能力。主要原因为：楼 ∑帆——节点左右梁端截面反时针或顺时 针方向组合的弯矩设计值之和， 级框架节点左右梁端均为负弯 一板作为框架梁的翼缘，提高了梁的抗弯刚度，楼板内 的钢筋相当于增加了框架梁的负弯矩筋，会显著增 强框架梁抵抗负弯矩承载力。 矩时，绝对值较小的弯矩应取０； ∑尬 ——节点左右梁端截面反时针或顺时 针方向实配的正截面抗震受弯承 载力所对应的弯矩值之和，根据 实配钢筋面积（计入受压筋）和材 料强度标准值确定； 叼 ——柱端弯矩增大系数，一级取１．４， 二级取１．２，三级取１．１。 虽然《建筑抗震设计规范》对“强柱弱梁”的设 计作了上述具体的规定，但在５・１２汶川地震中， 几乎没有见到框架结构出现梁铰机制，绝大部分现 浇框架结构仍然出现了柱端严重破坏的“强梁弱 柱”破坏现象，仅未设置现浇板的框架结构实现了 “强柱弱梁”，即框架梁率先破坏，框架柱基本完好。 因此，现浇楼板对混凝土框架结构实现“强柱弱 梁”，具有重要的不利影响。 ２影响“强柱弱梁＂的因素 ］ （１）现浇楼板钢筋对梁端承载力的提高； （２）梁端负弯矩实配钢筋面积较计算值增大很 多，有的甚至超过３０％； （３）跨度很大（Ｉ＞６ ｍ）的粱，梁底配筋较大，当 按目前通常做法时，梁底钢筋全部伸人支座时，对梁 端正弯矩增加较大； （４）柱截面宽度对构件计算内力和裂缝宽度的 影响加大梁端截面配筋； （５）钢筋的强度离散性大且强屈比过高引起承 载力超强； （６）梁柱线刚度比过大对实现梁铰机制的不利 影响； （７）填充墙使得框架梁刚度增大； （８）柱的轴压比限值过高使得框架柱的截面尺 寸偏小。 还有，如高振型、柱双向受力等原因。因此，要 充分实现框架结构的“强柱弱梁”屈服机制，需要 进一步开展深入全面的研究。本文仅从现浇楼板钢 筋对梁端承载力的提高角度进行深入分析，并提出 具体设计对策和建议。 《建筑抗震设计规范》对框架现浇楼板内与梁 肋平行的钢筋参与梁端负弯矩承载能力的问题没有 做出明确规定。蒋永生等 曾做过一组现浇混凝 土梁柱节点的对比实验。指出：带有翼缘的框架梁 由于翼缘内平行于梁肋的钢筋参与受力，使得节点 支座处的实际负向屈服弯矩比无翼缘梁的实测值提 高了３０％左右，已经超过很多情况下柱端弯矩增大 系数所包含的梁超强富余。因此，蒋永生等建议： （１）对梁板整浇的框架节点，仅在梁端上部钢筋受 拉时，考虑平行框架梁且具有足够锚固长度的板内 钢筋参与工作；（２）近似取每一梁侧６＾；（板厚）范围 内的板内上下钢筋参与受弯。 ４。 ，、典型实例分析 ，、 Ｊ， Ｉ，Ｉ ４．１ 楼板钢筋对梁承载力的影响 为了分析研究楼板钢筋对框架承载力的影响， 本文设计了一典型框架结构分析计算，结构基本设 计参数为：４层框架，横向２跨（４．８ ｍ＋６．９ ｍ），纵 向５跨（６．６ ＩＴＩ），除底层层高为４．２ ｍ外，其余层高 均为３．６ ｍ，柱截面５００ ｍｍ×５００ ｍｍ，主梁截面２５０ １ＴＩ１ＴＩ×６００ ｍｍ，板厚为１００ ＩｎｌＴｌ。设计地震分组第一 组，梁、柱和板均采用Ｃ２５混凝土，纵向钢筋采用 ＨＲＢ３３５，楼板钢筋和箍筋采用ＨＰＢ２３５级，板顶和 板底配筋均取 ｌ０＠２００（大部分工程采用），标准层 平面布置如图１所示，采用ＰＫＰＭ系列程序进行结 构计算。楼板的钢筋作用考虑梁侧６ｈ＇ｆ范围内的板 内上下钢筋参与受弯，其对梁端负弯矩承载力的提 高比例近似采用钢筋面积比，其中，Ｃ轴边框架梁梁 端１，Ｂ轴中框架梁梁端２在不同烈度下的配筋计算 ６６００ ．６６００ ６６００ ．６６００ ６６００ ０ Ｘ ５０１３ ２５０×６００＂ 粱端１Ｉ ｇ８ ｇ 喜 ｒ ｌ ２５０×５５０ 粱端２Ｉ ： ６６００ ６６００ ６６００ ．６６００ ．６６００ ３３０００ 图１标准层平面布置示意 Ｆｉｇ．１ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｌａｙｅｒ ２０１０ Ｎｏ．５ 宋吉荣，等：现浇板钢筋对混凝土框架结构抗震影响分析 ５７ 结果见表１。 表１ 梁端１、梁端２在不同烈度下的配筋计算结果 Ｔａｂｌｅ １ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｅｉｓｍｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ 注：括号里的数值为等强换算后（从ＨＰＢ２３５换算为ＨＲＢ３３５）的钢 筋面积。 从以上典型工程实例可以看出，楼板配筋对梁 端负弯矩承载力影响范围大致为８％～４０％，随着 烈度的增大而逐渐减小，对中框架较对边框架的影 响大。因此，计算框架梁梁端负弯矩承载力时，现浇 楼板内与梁肋平行的钢筋不能忽略。 ４．２梁刚度放大系数对梁配筋影响 我国规范中虽然在竖向荷载和水平荷载作用下 结构内力计算时考虑了楼板作为梁的翼缘对梁的刚 度增强作用，将中梁和边粱刚度一般分别放大到原 来的２倍和１．５倍，但框架粱配筋时没有考虑翼缘 的影响。为了分析梁刚度放大系数对梁配筋的影 响，本实例考虑粱刚度放大系数和不考虑梁刚度放 大系数梁端计算配筋，分别见表２。 表２梁端计算配筋 Ｔａｂｌｅ ２ Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ 不考虑梁刚度 考虑梁刚度放大系数 ＼工况 设防＼ 放大系数时梁 烈度＼ 端计算配筋 梁端计算配筋 粱端１ 梁端２ 粱端１ 梁端２梁端１梁端２ ７（０．１ｇ） ７（０．１５ｇ） ８（０．２０ｇ） ８（０．３０ｇ） ９（０．４０ｇ） 从表２可以看出，当不考虑梁刚度放大系数时， 梁端负弯矩计算配筋面积均减小。虽然比考虑梁刚 度放大系数后并扣除梁侧６ｈ；范围内板内钢筋的实 际配筋面积大，不能完全考虑楼板配筋的影响，但在 一定程度上可提高“强柱弱梁”的实现程度，烈度越 高越明显。 ５加强框架柱的抗震措施 ５・１２汶川地震框架主要震害为底层柱柱端混 凝土剥落、压碎、箍筋松开散落、柱纵筋压曲（形成 柱铰），从而导致房屋整体或局部单元倒塌和房屋 倾斜等破坏。由于地震的偶然性、随机性和复杂性， 即使计算上能够保证实现梁铰机制破坏，也要采取 有力的抗震措施，提高框架柱的延性。汶川地震震 害表明：我国规范规定的抗震措施，还需要从以下几 方面进一步加强和完善： （１）加强柱轴压比的控制； （２）提高框架柱（特别是底层）加密区、节点的 配箍率，减小柱箍筋最大间距和增大柱箍筋最小直 径的限制； （３）框架柱加密区采用连续箍或焊接封闭箍 等。 ６ 结 论 现浇楼板的配筋影响着混凝土框架结构“强柱 弱梁”的实现，结构设计时不能忽略现浇楼板内与 梁肋平行的钢筋。目前，设计时可采用以下方法之 一，近似考虑楼板配筋对实现“强柱弱梁”的影响： （１）设计时，有必要把６ ；宽度的楼板配筋作为 梁的配筋，从而适当减小梁的截面配筋； （２）设计时，不考虑楼板对梁刚度的加强作用 计算梁的截面配筋，考虑楼板对梁刚度的加强作用 计算柱的配筋。 当然，影响“强柱弱梁”实现的因素很多，综合 考虑各种因素，合理的计算及设计方法，尚需在工程 实践中不断补充和完善。 参考文献： ［１］ＧＢ ５００１１—２００１建筑抗震设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工 业出版社，２００１． ［２］ 蒋永生，陈忠范，周绪平，等．整浇楼板的框架节点抗震研究 ［Ｊ］．建筑结构学报，１９９４，１２（３）：１１—１６． ［３］ 叶列平，曲 哲，马千里，等．从汶川地震中框架结构震害谈 “强柱弱梁”屈服机制的实现［Ｊ］．建筑结构，２００８，３８（１１）：５２． ５９． ［４］ 车轶，尤杰．中欧抗震设计规范关于“强柱弱梁”设计比较 ［Ｊ］．大连理工大学学报，２００９，４９（５）． ［５］ 高佐人，马千里．现浇楼板对框架结构柱梁强度比的影响研究 ［Ｊ］．山西建筑，２００９． ［６］朱炳寅．影响强柱弱梁的主要因素及设计对策［Ｊ］．建筑结构 （技术通讯），２００８． ［７］ ＣＥＮ．ＢＳ ＥＮ １９９８２１：２００４，Ｅｕｒｏｃｏｄｅ ８：Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ—Ｐａｒｔ １：Ｇｅｎｅｒａｌ ｒｕｌｅｓ，ｓｅｉｓｍｉｃ ａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｕｌｅｓ ｆｏｒ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｓｔｎａｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ， ２Ｏ０５． ［８］ 中国建筑科学研究院ＰＫＰＭ ＣＡＤ工程部．ＰＫＰＭ建筑结构设 计软件新功能详解［Ｍ］．２００８版．北京：中国建筑工业出版社， ２００８．