抗震设计为什么要求强柱弱梁

 

在抗震设计中,大家都非常熟悉“强柱弱梁”的设计思想,但是为什么提出这样的要求,很多设计人员其实是一知半解的。今天童老师就把“强柱弱梁”的来龙去脉给大家一次性讲解清楚~

 

 

Q1

框架结构中的强柱弱梁设计要求是怎么被提出来的呢?

 

这要从能力设计法(Capacity Design Technique)开始说起。能力设计法又叫作机构控制设计法,它的基本思想是:

结构的破坏按照人们设想的形式发生,避免脆性破坏先于延性破坏发生,且结构破坏时能够发生明显可见的变形(延性);

通过塑性开展、塑性变形削减结构的刚度,避免结构瞬时周期与地震波的卓越周期出现重合,从而使结构对地震作用产生一定程度的免疫;

塑性变形可以吸收地震波的能量,通过耗能削减地震响应。

能力设计法对结构的抗震设计非常重要,“强柱弱梁”的设计概念就来自于这种方法。此外,以下这些常用的设计思想也来自于能力设计法:

 

●  钢结构的强节点弱杆件设计要求

  钢筋混凝土剪力墙的强剪弱弯设计要求

●  偏心支撑框架中弱耗能梁段的设计

  弱剪型支撑强框架的要求(斜支撑的屈曲或屈服先于框架柱形成塑性铰或屈曲)

  强钢梁,弱八(人)字支撑的设计思想

  钢框架内嵌未加劲的钢板墙,钢板墙应首先出现拉力场现象

 

Q2

“强柱弱梁”的设计方法有什么优点?

 

“强柱弱梁”设计方法的优点主要有:

(1)不会形成薄弱层;

(2)钢梁内轴力很小,弯矩曲率滞回曲线饱满,延性好,耗能能力强;

(3)钢材抗拉强度能够在罕遇地震下发挥作用;

(4)倒塌机构中包含更多塑性铰,引发倒塌需要的地震能量更大。

图1 强柱弱梁的优点

Q3

地震工况下框架结构的动力稳定性如何得到保证?

由于高阶振型的影响、钢梁塑性铰形成的不同步及塑性铰会在隔层形成等因素,结构不会出现0刚度状态,仍保有30%-37%的初始刚度。

这个30%-37%的初始刚度可以抵消框架的二阶效应,保证框架结构在地震工况下的动力稳定性。

图2 隔层形成塑性铰,结构仍保有30%-37%的初始刚度

因此,框架结构,包括双重抗侧力结构中的框架结构,应满足强柱弱梁要求。在高烈度设防地区,强柱弱梁的豁免条件应适当加严(框架柱的轴压比、地震力的放大倍数等)。

 


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