高层建筑钢筋混凝土结构概念设计-强柱弱梁框架

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：为了进一步了解地震作用对框架梁、柱构件的延性要求和影响因素，美国R.W.Clough教授早在1966年就做了关于强柱弱梁框架的研究[20]，通过对一个20层框架结构的弹塑性地震反应分析，对比了不同强度的梁和不同强度的柱在地震作用下的延性比要求。上述比较具体说明了强柱弱梁设计所达到的效果：降低梁的强度可以降低对柱延性比的要求，可以减小柱的轴力，虽然对梁的延性比要求增大了，但是梁是延性很好的构件，容易实现。

设计必须满足：延性能力≥延性要求，延性能力是指结构本身具有的性质，应当是合理设计的结果，而延性要求是指地震对结构的要求，与地震大小、振动特性有关，也与结构的性能有关。第3章图3-3只是从一个质点系的地震反应概念性说明结构延性与承载力的关系。为了进一步了解地震作用对框架梁、柱构件的延性要求和影响因素，美国R.W.Clough教授早在1966年就做了关于强柱弱梁框架的研究^[20]，通过对一个20层框架结构的弹塑性地震反应分析，对比了不同强度的梁和不同强度的柱在地震作用下的延性比要求。

图5-9a是20层框架结构的几何尺寸和每个楼层重量，图5-9b列出了所有构件的刚度比，各构件刚度由下向上逐渐减小，标准框架的基本自振周期是2.2s，框架按美国规范设计，框架梁的屈服强度和计算内力之比为2，柱的屈服强度和计算内力之比（以下称为强度比）为6。采用1940年ElCentro地震记录的南北方向分量作为地面运动的输入波，计算最初8s的反应。

图5-9 20层框架结构的几何尺寸

a）结构剖面 b）构件刚度比

为了比较具有不同强度梁的影响，改变梁的强度比，设定了三种强度比：1.5、2、4，柱维持强度比为6。图5-10是三种梁强度比计算所得结果的比较：图a比较结构侧移，除接近顶部的几层以外，梁的强度对侧移影响不大；图b是对梁延性要求的比较，梁的强度和延性要求几乎成反比，梁强度最高的框架中，大多数梁尚未屈服或刚刚屈服，梁的强度愈小，梁的延性比要求愈大（屈服愈早的梁，塑性变形必然愈大）；图c是对柱轴力的影响，明显可见，梁强度愈大，柱的轴力也愈大；图d是对柱延性比要求的比较，三种情况中，16层以下的柱延性系数均小于1（尚未屈服），而在上部，则梁的强度愈大，柱子的延性比要求愈高。

图5-11是柱强度比设定为2、6、10三种情况的比较，梁的强度比维持在2。图5-11a说明柱强度对侧移影响不大；图5-11b说明柱强度愈大，对梁的延性比要求愈高；由图5-11c可见，在柱强度最大的情况下，全部柱不发生屈服（延性比小于1）；而柱强度最弱的情况下，则柱几乎全部进入屈服（从b图可见这种情况中只有9层以下的梁进入屈服）。也就是说，柱强度愈大，对柱的延性比要求愈低，而对梁的延性比要求却增大了。

上述比较具体说明了强柱弱梁设计所达到的效果：降低梁的强度可以降低对柱延性比的要求，可以减小柱的轴力，虽然对梁的延性比要求增大了，但是梁是延性很好的构件，容易实现。

图5-10 梁屈服强度比为1.5、2、4三种情况的比较

a）最大侧向位移值 b）梁延性要求 c）柱轴力 d）柱延性要求

图5-11 柱屈服强度比为2、6、10三种情况的比较

a）最大侧向位移 b）梁延性要求 c）柱延性要求

高层建筑钢筋混凝土结构概念设计-强柱弱梁框架

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