[发明专利]一种强柱弱梁耗能型混凝土框架结构设计方法

说明书

技术领域

本发明涉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土框架结构抗打大地震不倒塌设计方法。

背景技术

混凝土框架结构房屋在大地震中出现倒塌，从结构体系方面分析，主要是结构出现柱铰层屈服机构未出现设计预期的梁铰耗能性机制，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浇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外，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铰有很大关系，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，更增加柱铰出现机会，赵西安：“从汶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；柱头砼压碎，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)；提出采用全现浇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：“漩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铰层屈服机制，特别是底层边柱先出铰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，砼压溃梁铰未出现，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处柱砼脱落形成柱铰震害，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。

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i_c/i_b＞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铰难题，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

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铰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铰的主要原因，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i_c/i_b＞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铰难题，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。

为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一、梁柱结构布置设计

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_c/i_b＞1.0，使柱刚度不低于梁；框梁跨高比L_b/h_b≥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H_c/h_c≥4，增加梁柱延性，将这三指标控制贯穿梁柱结构设计全过程；

二、结构变形验算方法设计

结构变形验算指标弹性层间位移角[θ_e]、弹塑性层间位移角[θ_p]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、箍筋肢数，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；

三、梁柱节点处框柱对梁刚性约束设计，