高层建筑钢筋混凝土结构概念设计：框架梁破坏形态与延性分析

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图6-1 梁的弯曲破坏形态与剪切破坏梁的破坏可能是弯曲破坏，也可能是剪切破坏。梁的弯曲破坏有三种形态：少筋破坏、超筋破坏和适筋破坏。少筋梁的纵向钢筋屈服后，很快被拉断而发生断裂破坏，称为少筋破坏；超筋梁在受拉纵筋屈服前，受压区混凝土被压碎而发生破坏，称为超筋破坏；这两种破坏形态都是脆性破坏，延性小，耗能差。

图6-1 梁的弯曲破坏形态与剪切破坏

梁的破坏可能是弯曲破坏，也可能是剪切破坏。

梁的弯曲破坏有三种形态：少筋破坏、超筋破坏和适筋破坏。少筋梁的纵向钢筋屈服后，很快被拉断而发生断裂破坏，称为少筋破坏；超筋梁在受拉纵筋屈服前，受压区混凝土被压碎而发生破坏，称为超筋破坏；这两种破坏形态都是脆性破坏，延性小，耗能差。适筋梁的纵筋屈服后，形成塑性铰，钢筋的塑性变形增大，受弯裂缝伸长且宽度加大，截面混凝土受压区高度逐渐减小，截面产生塑性转动，直到受压区混凝土压碎，这种适筋破坏属于延性破坏。图6-1为梁出现三种弯曲破坏形态时，截面弯矩—曲率关系曲线的比较。

无论是抗震还是不抗震，框架梁的跨中及支座截面都要求符合适筋梁要求，即：

ξ≤ξ_b （6-1）

式中 ξ——梁截面相对受压区高度；

ξ_b——梁截面平衡配筋时的相对受压区高度。

梁剪切破坏是由于剪切承载力不足，出现剪切斜裂缝，在弯曲屈服之前梁构件沿斜裂缝剪断而破坏，屈服前的剪切破坏是脆性破坏，没有延性，其承载力—位移关系曲线见图6-1。为了防止这种剪切承载力不足产生的脆性破坏，要求按强剪弱弯设计梁构件，即要求截面抗剪承载力大于抗弯承载力。荷载组合得到的最不利剪力和组合弯矩并不相互匹配和平衡，因此需要由力的平衡关系得到相应于梁端弯矩的剪力，才能实现强剪弱弯，见图6-2。规范给出的框架梁的剪力设计值计算公式是从强剪弱弯的设计概念得到的：

图6-2 由受力平衡求框架梁的剪力

由图6-2中所示的力平衡关系，可以从弯矩值计算设计剪力。

抗震等级为一、二、三级框架的梁端箍筋加密区剪力设计值V_b按下式计算：

V_b=η_vb（M^l_b+M^r_b）/l_n+V_Gb （6-2a）

式中 l_n——梁的净跨；

V_Gb——梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值（设防烈度为9度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）；

M^l_b，M^r_b——分别为梁左、右端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值，M^l_b+M^r_b需取反时针方向之和以及顺时针方向之和的较大者。若两端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零；

η_vb——梁端剪力增大系数。对不同的抗震等级，采用不同的剪力增大系数，使强剪弱弯的程度有所区别。

注意，由于框架梁只在梁端出现塑性铰（梁跨中不允许出现塑性铰），在设计中只要求梁端截面抗剪承载力高于抗弯承载力。一、二、三级框架梁端箍筋加密区以外的区段，以及四级和非抗震框架梁，梁的剪力设计值直接取最不利组合得到的剪力。

式（6-2a）利用构件力平衡关系，由组合弯矩计算剪力，该剪力再乘以放大系数，作为截面的剪力设计值计算梁端部加密区的箍筋用量，这是一种简化，以提高梁端部抗震承载力要真正实现“强剪弱弯”，设计剪力应该大于实际受弯承载力（梁截面内实际配置的纵向配筋面积和材料强度标准值计算的受弯承载力），才能使梁的受剪承载力大于实际受弯承载力。因此，对于一级抗震的纯框架结构（不设置剪力墙的框架结构）和9度抗震设防结构的框架梁，除符合简化要求外，尚应符合式（6-2b）的要求，因此，剪力设计值取式（6-2a）和（6-2b）二者的较大值；

式中 M^l_bu、M^r_bu——梁左、右端截面反时针或顺时针方向正截面受弯承载力，应根据实配钢筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值计算；

M^l_bu+M^r_bu需取反时针方向之和以及顺时针方向之和两者的较大者。

γ_RE——承载力抗震调整系数。

高层建筑钢筋混凝土结构概念设计：框架梁破坏形态与延性分析

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