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0898-6675617818889805710在抗震設(shè)計(jì)中，大家都非常熟悉“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)思想，但是為什么提出這樣的要求，很多設(shè)計(jì)人員其實(shí)是一知半解的。今天童老師就把“強(qiáng)柱弱梁”的來龍去脈給大家一次性講解清楚~
Q1框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)要求是怎么被提出來的呢？
童老師：
這要從能力設(shè)計(jì)法(Capacity Design Technique)開始說起。能力設(shè)計(jì)法又叫作機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì)法，它的基本思想是：
1、結(jié)構(gòu)的破壞按照人們設(shè)想的形式發(fā)生，避免脆性破壞先于延性破壞發(fā)生，且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)能夠發(fā)生明顯可見的變形(延性)；
2、通過塑性開展、塑性變形削減結(jié)構(gòu)的剛度，避免結(jié)構(gòu)瞬時(shí)周期與地震波的卓越周期出現(xiàn)重合，從而使結(jié)構(gòu)對地震作用產(chǎn)生一定程度的免疫；
3、塑性變形可以吸收地震波的能量，通過耗能削減地震響應(yīng)。
能力設(shè)計(jì)法對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)非常重要，“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)概念就來自于這種方法。此外，以下這些常用的設(shè)計(jì)思想也來自于能力設(shè)計(jì)法：
● 鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件設(shè)計(jì)要求
● 鋼筋混凝土剪力墻的強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)要求
● 偏心支撐框架中弱耗能梁段的設(shè)計(jì)
● 弱剪型支撐強(qiáng)框架的要求(斜支撐的屈曲或屈服先于框架柱形成塑性鉸或屈曲)
● 強(qiáng)鋼梁，弱八(人)字支撐的設(shè)計(jì)思想
● 鋼框架內(nèi)嵌未加勁的鋼板墻，鋼板墻應(yīng)首先出現(xiàn)拉力場現(xiàn)象
Q2“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)方法有什么優(yōu)點(diǎn)？
童老師：
“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)主要有：
（1）不會(huì)形成薄弱層；
（2）鋼梁內(nèi)軸力很小，彎矩曲率滯回曲線飽滿，延性好，耗能能力強(qiáng)；
（3）鋼材抗拉強(qiáng)度能夠在罕遇地震下發(fā)揮作用；
（4）倒塌機(jī)構(gòu)中包含更多塑性鉸，引發(fā)倒塌需要的地震能量更大。
圖1 強(qiáng)柱弱梁的優(yōu)點(diǎn)
Q3地震工況下框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性如何得到保證？
童老師：
由于高階振型的影響、鋼梁塑性鉸形成的不同步及塑性鉸會(huì)在隔層形成等因素，結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)0剛度狀態(tài)，仍保有30%-37%的初始剛度。
這個(gè)30%-37%的初始剛度可以抵消框架的二階效應(yīng)，保證框架結(jié)構(gòu)在地震工況下的動(dòng)力穩(wěn)定性。
圖2 隔層形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)仍保有30％－37%的初始剛度
因此，框架結(jié)構(gòu)，包括雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足強(qiáng)柱弱梁要求。在高烈度設(shè)防地區(qū)，強(qiáng)柱弱梁的豁免條件應(yīng)適當(dāng)加嚴(yán)（框架柱的軸壓比、地震力的放大倍數(shù)等）。
注：本文是《鋼結(jié)構(gòu)與鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法》1.5節(jié)的提煉，該書由國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助，建筑工業(yè)出版社2022年6月出版，第2次印刷，歡迎選購。
文章轉(zhuǎn)自鐵木辛柯工程設(shè)計(jì)與研究公眾號
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