結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防要求，我們需要從多方面對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行把控，其中“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”是框架部分抗震設(shè)計(jì)應(yīng)遵守的重要原則。考慮到鋼筋混凝土框架由于自身特性，它的抗地震倒塌能力與其破壞機(jī)制密切相關(guān)，故根據(jù)上述原則，我們期望當(dāng)大震作用時(shí)框架能夠按如下方式發(fā)生破壞：

1)梁先于柱破壞。梁的破壞是構(gòu)件破壞，屬于局部性的破壞，而豎向構(gòu)件的破壞會(huì)危及整體結(jié)構(gòu)的安全性，造成結(jié)構(gòu)倒塌，故柱比梁重要，最先保證柱的安全；

2)保證構(gòu)件的抗剪能力應(yīng)好于抗彎能力。“剪切破壞”是一種脆性破壞，沒有預(yù)兆，瞬時(shí)發(fā)生；“彎曲破壞”是延性破壞，是有所預(yù)兆的，工程中我們需要避免發(fā)生剪切破壞，在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞；

3)節(jié)點(diǎn)的承載力應(yīng)高于連接的構(gòu)件，如果節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞則意味著與之連接的梁柱均失效。

然而，現(xiàn)實(shí)中的效果并非如預(yù)期設(shè)想。以汶川地震為例，震害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：柱剪切破壞嚴(yán)重，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞嚴(yán)重；框架柱上下端出現(xiàn)塑性鉸，我們幾乎沒有看到設(shè)計(jì)規(guī)范所要求的強(qiáng)柱弱梁破壞機(jī)制的出現(xiàn)，典型震害現(xiàn)場(chǎng)如下圖：

造成這種問題的因素很多，例如設(shè)計(jì)計(jì)算的缺陷、抗震構(gòu)造的不合理和理論研究的滯后等，本文將結(jié)合規(guī)范，分析其計(jì)算方法及影響因素，并詳細(xì)介紹如何體現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)。

規(guī)范規(guī)定

1強(qiáng)柱弱梁的相關(guān)規(guī)定

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）（以下簡(jiǎn)稱《抗震規(guī)范》）第6.2.2條：一、二、三、四級(jí)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處，除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱的節(jié)點(diǎn)外，柱端組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式要求：

一級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9度的一級(jí)框架可不符合上式要求，但應(yīng)符合下式要求：

當(dāng)反彎點(diǎn)不在柱的層高范圍內(nèi)時(shí)，柱端截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值可乘以上述柱端彎矩增大系數(shù)。

同理《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）6.2.1、6.2.2、10.2.11條、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（以下簡(jiǎn)稱《混凝土規(guī)范》）11.4.1條。

為避免出現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)柱下端過早屈服，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，需對(duì)結(jié)構(gòu)底層乘以彎矩增大系數(shù),即《抗震規(guī)范》6.2.3條：一、二、三、四級(jí)框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.7、1.5、1.3和1.2.底層柱縱向鋼筋應(yīng)按上下端的不利情況配置。

由上文可知，規(guī)范提出的方法是：

1)柱端彎矩設(shè)計(jì)值增大系數(shù)法，將梁、柱之間的承載力不等式轉(zhuǎn)為梁、柱的地震組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值的關(guān)系式，并使不同抗震等級(jí)的柱端彎矩設(shè)計(jì)值有不同程度的差異;

2) 針對(duì)一級(jí)框架采用考慮梁端實(shí)配鋼筋面積和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的抗震受彎承載力確定柱端彎矩設(shè)計(jì)值方法，考慮樓板鋼筋可提高“強(qiáng)柱弱梁”程度。

2強(qiáng)剪弱彎的相關(guān)規(guī)定

《抗震規(guī)范》第6.2.5條 一、二、三、四級(jí)的框架柱和框支柱組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式調(diào)整：

一級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9度的一級(jí)框架可不按上式調(diào)整，但應(yīng)符合下式要求：

《抗震規(guī)范》第6.2.4條 一、二、三級(jí)的框架梁和抗震墻的連梁，其梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式調(diào)整：

一級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9度的一級(jí)框架梁、連梁可不按上式調(diào)整，但應(yīng)符合下式要求：

同理《高規(guī)》6.2.5條、7.2.21條，《混凝土規(guī)范》11.4.3條。

規(guī)范考慮“強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計(jì)如“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)，不同抗震等級(jí)的梁、柱采用不同剪力增大系數(shù)，同樣考慮材料實(shí)際強(qiáng)度和鋼筋實(shí)際面積兩個(gè)因素的影響。

3強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的相關(guān)規(guī)定

《高規(guī)》6.2.7條 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二、三級(jí)框架的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)進(jìn)行抗震驗(yàn)算；四級(jí)框架節(jié)點(diǎn)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。各抗震等級(jí)的框架節(jié)點(diǎn)均應(yīng)符合構(gòu)造措施的要求。

目前《混凝土規(guī)范》11.6小節(jié)，《抗規(guī)》附錄D均提供具體的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)驗(yàn)算方法。

強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)的影響因素

目前我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)的規(guī)定，是基于縱筋實(shí)配不超過計(jì)算配筋10%的前提給出的。但鑒于地震影響的復(fù)雜性，難以精確考慮，10%的鋼配超筋也并非代表工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況，因此“即使按強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)的框架，在強(qiáng)震作用下，柱端仍有可能出現(xiàn)塑性鉸”為了盡量避免出現(xiàn)這種情況，我們需要分析其主要影響因素,以便有的放矢的控制強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)：

1梁端鋼筋超配和鋼筋實(shí)際強(qiáng)度超強(qiáng)

1）根據(jù)上文式（1）可知，梁端負(fù)彎矩越大，則對(duì)框架柱的要求越高，適當(dāng)降低梁端負(fù)彎矩，有利于強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)；

2）在我們的設(shè)計(jì)中下筋是正彎矩受拉筋和負(fù)彎矩受壓筋，最終面積包絡(luò)取二者較大值，當(dāng)梁底配筋由梁跨中正彎矩控制時(shí)，會(huì)導(dǎo)致梁端下部鋼筋過多，造成梁端正彎矩超配；

3）實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，實(shí)配鋼筋通常會(huì)大于計(jì)算鋼筋，如果大于10%超配系數(shù)的前提，則更不利于推遲柱端塑性鉸；

4）一些國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)預(yù)期塑性鉸部位的鋼筋材性指標(biāo)有更為嚴(yán)格的規(guī)定，我國(guó)暫時(shí)還沒有具體規(guī)定，但實(shí)際工程可能出現(xiàn)超強(qiáng)的情況。

2樓板影響

《抗規(guī)》6.2.2條條文說明提到“當(dāng)計(jì)算梁端抗震受彎承載力時(shí)，若計(jì)入樓板的鋼筋，則可提高框架強(qiáng)柱弱梁的程度”，但如何考慮并沒有更為具體的規(guī)定。

當(dāng)我們?yōu)榱梭w現(xiàn)樓板與梁共同工作，常在設(shè)計(jì)中采用梁剛度放大系數(shù)法來考慮樓板對(duì)框架梁抗彎剛度的提高，但這樣會(huì)導(dǎo)致計(jì)算分析后得到的梁端彎矩比按矩形

截面梁處理的結(jié)果偏大，因?yàn)榕浣畹臅r(shí)候是將這樣計(jì)算得到的縱筋結(jié)果全部配置在矩形截面內(nèi)，且樓板設(shè)計(jì)時(shí)重疊鋼筋面積也沒有被扣除，所以無形會(huì)導(dǎo)致梁鋼筋出現(xiàn)超配。

國(guó)內(nèi)外許多試驗(yàn)表明，樓板內(nèi)的鋼筋會(huì)使框架梁的實(shí)際抗彎承載力增大20~30%，甚至更多，即便不考慮其他因素，樓板配筋對(duì)框架梁端實(shí)際受彎承載力的增大幅度，對(duì)于大多二、三級(jí)框架，都會(huì)超出規(guī)范規(guī)定的柱端彎矩增大系數(shù)，乃至一級(jí)框架也可能會(huì)不滿足強(qiáng)柱弱梁要求。

3壓彎破壞降低柱抗剪承載力

在柱強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)方面，即使柱端首先發(fā)生彎曲形成塑性鉸，巨大的軸壓也容易使混凝土壓潰而發(fā)生剝離脫落，從而嚴(yán)重削弱柱端抗剪能力，出現(xiàn)剪切破壞。因此，需要考慮壓彎破壞對(duì)柱端抗剪承載力降低的影響，采用相關(guān)的構(gòu)造技術(shù)，防止柱混凝土強(qiáng)度退化，充分保證“強(qiáng)剪弱彎”

結(jié)束語

“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需遵守的重要原則，它們的屈服機(jī)制是地震來臨時(shí)，我們理想的、所期望的，但現(xiàn)實(shí)中有很多因素導(dǎo)致其實(shí)現(xiàn)的可能性降低。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)理解這些影響因素，吸取地震災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從工程的實(shí)際受力狀況考慮，采用合理的軟件計(jì)算模型和分析方法，將這些影響因素納入整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中，保證“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”屈服機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。