在抗震設計中,大家都非常熟悉“強柱弱梁”的設計思想,但是為什么提出這樣的要求,很多設計人員其實(shí)是一知半解的。今天童老師就把“強柱弱梁”的來(lái)龍去脈給大家一次性講解清楚~
Q1框架結構中的強柱弱梁設計要求是怎么被提出來(lái)的呢?
童老師:
這要從能力設計法(Capacity Design Technique)開(kāi)始說(shuō)起。能力設計法又叫作機構控制設計法,它的基本思想是:
1、結構的破壞按照人們設想的形式發(fā)生,避免脆性破壞先于延性破壞發(fā)生,且結構破壞時(shí)能夠發(fā)生明顯可見(jiàn)的變形(延性);
2、通過(guò)塑性開(kāi)展、塑性變形削減結構的剛度,避免結構瞬時(shí)周期與地震波的卓越周期出現重合,從而使結構對地震作用產(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(guò)耗能削減地震響應。
能力設計法對結構的抗震設計非常重要,“強柱弱梁”的設計概念就來(lái)自于這種方法。此外,以下這些常用的設計思想也來(lái)自于能力設計法:
● 鋼結構的強節點(diǎn)弱桿件設計要求
● 鋼筋混凝土剪力墻的強剪弱彎設計要求
● 偏心支撐框架中弱耗能梁段的設計
● 弱剪型支撐強框架的要求(斜支撐的屈曲或屈服先于框架柱形成塑性鉸或屈曲)
● 強鋼梁,弱八(人)字支撐的設計思想
● 鋼框架內嵌未加勁的鋼板墻,鋼板墻應首先出現拉力場(chǎng)現象
Q2“強柱弱梁”的設計方法有什么優(yōu)點(diǎn)?
童老師:
“強柱弱梁”設計方法的優(yōu)點(diǎn)主要有:
(1)不會(huì )形成薄弱層;
(2)鋼梁內軸力很小,彎矩曲率滯回曲線(xiàn)飽滿(mǎn),延性好,耗能能力強;
(3)鋼材抗拉強度能夠在罕遇地震下發(fā)揮作用;
(4)倒塌機構中包含更多塑性鉸,引發(fā)倒塌需要的地震能量更大。
圖1 強柱弱梁的優(yōu)點(diǎn)
Q3地震工況下框架結構的動(dòng)力穩定性如何得到保證?
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,結構不會(huì )出現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,保證框架結構在地震工況下的動(dòng)力穩定性。
圖2 隔層形成塑性鉸,結構仍保有30%-37%的初始剛度
因此,框架結構,包括雙重抗側力結構中的框架結構,應滿(mǎn)足強柱弱梁要求。在高烈度設防地區,強柱弱梁的豁免條件應適當加嚴(框架柱的軸壓比、地震力的放大倍數等)。
注:本文是《鋼結構與鋼-混凝土組合結構設計的方法》1.5節的提煉,該書(shū)由國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著(zhù)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。
文章轉自鐵木辛柯工程設計與研究公眾號
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