一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)在于用柱與相接梁線剛度比方法來(lái)控制框柱剛度不低于梁，通過(guò)結(jié)構(gòu)布置調(diào)整柱梁布置、截面尺寸辦法實(shí)現(xiàn)，在工程設(shè)計(jì)時(shí)只要調(diào)整柱梁布置截面尺寸使框柱與相連梁線剛度比ic/ib>1.0，,Hc/hc和lb/hb≥4,即可防止框柱因剛度相對(duì)梁偏柔柱變形大裂縫先在柱端出現(xiàn)，從梁柱剛度方面控制柱強(qiáng)于梁解決柱因剛度小變形大先開裂出鉸難題；同時(shí)通過(guò)限制梁高使其線剛度比柱小,增大梁變形開裂機(jī)會(huì),控制梁跨高比lb/hb≥4，梁強(qiáng)度計(jì)算不滿足時(shí)通過(guò)提高材料強(qiáng)度增加寬度箍筋肢數(shù)使截面配筋滿足強(qiáng)度要求又增加框梁開裂后延性和抵抗大震時(shí)塑性變形耗能能力，該方法有利于強(qiáng)柱弱梁耗能型框架的形成保證大震不倒設(shè)防目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)涉及建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
，具體為一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)抗打大地震不倒塌設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋在大地震中出現(xiàn)倒塌，從結(jié)構(gòu)體系方面分析，主要是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)柱鉸層屈服機(jī)構(gòu)未出現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)期的梁鉸耗能性機(jī)制，結(jié)構(gòu)變?yōu)閹缀慰勺兊臋C(jī)動(dòng)體系所致，原因除傳統(tǒng)認(rèn)為梁板整澆在一起后框梁強(qiáng)度剛度都增大抵抗內(nèi)力變形能力增強(qiáng)有關(guān)外，與梁柱間柱相對(duì)梁剛度偏柔變形大，同時(shí)柱為豎向受力脆性構(gòu)件抵抗變形能力比梁差，大震作用時(shí)上下柱端首先出現(xiàn)裂縫，在地震往復(fù)作用下有縫柱剛度退減變形增大導(dǎo)致裂縫發(fā)展貫通形成柱鉸有很大關(guān)系，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)實(shí)際梁增強(qiáng)柱相對(duì)梁偏弱從強(qiáng)度方面采用梁剛度放大系數(shù)、柱端組合彎矩剪力增大系數(shù)增大，但對(duì)梁柱間截面剛度相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系無(wú)控制要求，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算層位移角不滿足時(shí)還可通過(guò)增大梁截面尺寸滿足限值要求，會(huì)使梁柱剛度強(qiáng)弱關(guān)系進(jìn)一步惡化，更增加柱鉸出現(xiàn)機(jī)會(huì)，趙西安：“從汶川地震看結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題”(建筑工人)提出柱截面小，軸壓比大；柱頭砼壓碎，大震底層柱壓塌，梁跨度大截面尺寸遠(yuǎn)大于柱梁損壞輕，強(qiáng)柱弱梁難實(shí)現(xiàn)，提出適當(dāng)加大柱配筋意見，但對(duì)柱剛度增強(qiáng)無(wú)要求。莫庸：“保證大震不倒抗震對(duì)策探討”(建筑結(jié)構(gòu)09.11)；提出采用全現(xiàn)澆強(qiáng)柱弱梁二道防線框架思路和強(qiáng)柱節(jié)點(diǎn)配筋計(jì)算要求；但無(wú)梁柱間強(qiáng)弱關(guān)系和弱梁剛度無(wú)具體要求。葉列平：“漩口中學(xué)建筑震害調(diào)查分析”(建筑結(jié)構(gòu)09.11)；總結(jié)框架教學(xué)樓倒塌模式屬柱鉸層屈服機(jī)制，特別是底層邊柱先出鉸折斷破壞導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)向一側(cè)傾倒破壞，提出要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的破壞機(jī)制需合理分配結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件和樓層的剛度強(qiáng)度；但如何分配無(wú)定值。鐘陽(yáng)：“減法思維是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的有益補(bǔ)充”(建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)通訊)；提出大震底層柱頭鋼筋受壓屈服，砼壓潰梁鉸未出現(xiàn)，適當(dāng)?shù)牧褐Y(jié)構(gòu)關(guān)系才可得大震不倒，剛度強(qiáng)度應(yīng)差異控制，簡(jiǎn)化理解就是截面和配筋，但對(duì)截面和配筋關(guān)系如何強(qiáng)弱控制無(wú)具體要求。馮軍：“如何理解強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎”(PKPM新天地10.1)；用實(shí)例提出框架柱梁線剛比在0.658時(shí)出現(xiàn)大震框梁下0.5-0.6m處柱砼脫落形成柱鉸震害，首先提出強(qiáng)柱弱梁柱梁線剛比宜為1.5-2.5，但無(wú)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證，對(duì)比計(jì)算發(fā)現(xiàn)取值范圍偏小不合理實(shí)際工程較難實(shí)現(xiàn)。本專利技術(shù)采用線剛度比控制框架梁柱間剛度強(qiáng)弱相對(duì)關(guān)系，通過(guò)結(jié)構(gòu)布置調(diào)整柱梁關(guān)系使框架柱和與其相接框梁線剛度比ic/ib＞1.0，保證了框柱截面線剛度不低于梁，避免梁柱間柱相對(duì)梁剛度低變形大早出鉸難題，同時(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變形驗(yàn)算時(shí)保持柱梁剛度關(guān)系采用提高材料強(qiáng)度配筋具體落實(shí)大震耗能性延性弱梁措施。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的：針對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法僅從框架強(qiáng)度受力方面采用梁剛度放大系數(shù)、柱端剪力彎矩增大系數(shù)不能完全避免柱鉸先出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁耗能型框架設(shè)計(jì)要求，經(jīng)對(duì)震害分析研究發(fā)現(xiàn)柱相對(duì)梁截面剛度偏小是引起柱變形大早開裂出現(xiàn)鉸的主要原因，采用從剛度變形方面控制框架梁柱間強(qiáng)弱相對(duì)關(guān)系的思路：用框架柱和與其相接框梁線剛度比ic/ib＞1.0，保證框柱截面線剛度不低于梁，避免梁柱間柱相對(duì)梁剛度低變形大早出鉸難題，在降低梁剛度同時(shí)通過(guò)提高材料強(qiáng)度增加配筋，提高梁開裂后延性耗能能力解決梁弱形成難題，保證強(qiáng)柱弱梁耗能型框架目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體技術(shù)方案如下：一、梁柱結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)布置調(diào)整梁跨度柱距離和梁柱截面尺寸使框柱與相接框梁線剛度比ic/ib＞1.0，使柱剛度不低于梁；框梁跨高比Lb/hb≥4，采用高寬尺寸接近或圓形截面柱，框柱高度與截面高度比Hc/hc≥4，增加梁柱延性，將這三指標(biāo)控制貫穿梁柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過(guò)程；二、結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算指標(biāo)彈性層間位移角[θe]、彈塑性層間位移角[θp]不滿足規(guī)范限值要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整豎向構(gòu)件柱布置增加截面尺寸，或同時(shí)調(diào)整梁柱截面，而不用單獨(dú)增加水平構(gòu)件梁截面尺寸，使梁剛度增大滿足變形計(jì)算限值要求的方法；梁截面強(qiáng)度計(jì)算不足用增加梁寬材料強(qiáng)度、箍筋肢數(shù)，使梁截面強(qiáng)度延性增強(qiáng)而不隨意增加梁高使梁剛度同時(shí)增大的方法，使延性耗能弱梁要求具體落實(shí)；三、梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束設(shè)計(jì)，建筑框梁截面寬bb<同方向柱寬bc,保證梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束作用，使梁豎向彎曲變形產(chǎn)生的裂縫在梁柱節(jié)點(diǎn)外梁端出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)大震梁端先開裂出現(xiàn)塑性鉸的目的。所述的保證柱線剛度高于梁條件能夠?qū)崿F(xiàn)，驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)一般情況下，當(dāng)梁跨lb≥柱高Hc,hc≥0.8hb,當(dāng)hc≥1.26hb,當(dāng)hc≥(0.8～1.26)hb能滿足柱梁線剛度比>1條件。本專利技術(shù)的有益效果在于用柱與其相接梁線剛度比方法來(lái)控制框柱剛度不低于梁，通過(guò)結(jié)構(gòu)布置調(diào)整柱梁布置、截面尺寸辦法即可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱要求；通過(guò)柱梁線剛度比ic/ib＞1和梁寬bb≤同方向柱寬bc，限制框梁截面尺寸即可使實(shí)現(xiàn)大地震時(shí)塑形變形引起裂縫首先在節(jié)點(diǎn)外梁端出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)弱梁要求；通過(guò)采用高強(qiáng)度材料增加配筋調(diào)整箍筋肢數(shù)形式增大梁抗力和延性做到裂而不斷實(shí)現(xiàn)耗能延性梁要求，目的明確力學(xué)原理概念清晰，實(shí)現(xiàn)路徑簡(jiǎn)捷具體，能夠利用常用軟件分析計(jì)算，指標(biāo)符合現(xiàn)行規(guī)范要求，在10多項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用全部通過(guò)施工圖審查對(duì)改善梁柱強(qiáng)弱關(guān)系實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁耗能性框架設(shè)計(jì)要求，保證大震不倒設(shè)防目標(biāo)有明顯作用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。具體實(shí)施方式實(shí)例1、一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法原理應(yīng)用計(jì)算如下：1.計(jì)算公式及示例①框柱梁線剛度比計(jì)算式中：ic、ib分別為柱梁線剛度，hb、hc梁柱截面高，bb、bc梁柱截面寬，Hc、lb柱高梁跨度,E砼彈性模量MPa；A:走道處：HC＝4m,hc＝0.4m,lb＝1.2m,bb＝0.2m,取當(dāng)HC＝4m,lb＝2.4m,取bb＝0.3m,取hc＝hb＝0.6m,同樣條件當(dāng)Hc＝6m,取hc＝0.65m,其它不變，ic/ib＝1.02；B:房間內(nèi):當(dāng)lb＝6m,Hc＝4m,取hb＝0.6m,bb＝0.3m,取bc＝0.5m,hc＝0.5m,同樣條件當(dāng)Hc＝6m,取hc＝0.6m,其它不變，當(dāng)lb＝7.5m,取hb＝0.7,bb＝0.4,Hc＝4m,hc＝bc＝0.6m,同樣條件當(dāng)Hc＝6m,其它不變C:會(huì)議室內(nèi)：lb＝18m,取hb＝1.2m,Hc＝4m,bc＝0.65m,hc＝0.65m,bb＝0.40m,同樣條件Hc＝6m,取hc＝bc＝0.70m,hb＝1.2m,bb＝0.4m,幾種情況驗(yàn)算說(shuō)明結(jié)構(gòu)保證柱線剛度高于梁可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)例2、一種強(qiáng)柱弱梁耗能型框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法工程應(yīng)用舉例：某建筑工程五層框架結(jié)構(gòu)，樓板厚0.1m，樓面活載2.5KN/㎡，采用C30砼，HRB鋼筋，8度(0.2ɡ)抗震設(shè)防，第三組Tg＝0.45S，次梁L1＝0.2×0.45m(高)，分別采用KZ＝0.65X0.65m，KL＝0.55×0.3m(寬)的模型M1和KZ＝0.5×0.5m，KL＝0.75×0.40m(寬)的模型M2，各模型計(jì)算結(jié)果見下表：M1模型X、Y向地震作用下位移計(jì)算結(jié)果(表1)層Max-(x)/Max-DxMay-(y)/Max/DyMax-Dx/hMay-Dy/h524.06/2.9324.12/3.001/12291/1199421.26/4.7021本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：包括梁柱結(jié)構(gòu)布置線剛度比值控制值、結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算方法設(shè)計(jì)、梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束弱梁設(shè)計(jì)要求；其特征在于：(1)所述的梁柱結(jié)構(gòu)布置調(diào)整梁跨度柱距離和梁柱截面尺寸使框柱與相接框梁線剛度比ic/ib＞1.0，保證柱剛度不低于梁；(2)所述的結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算指標(biāo)彈性層間位移角[θe]、彈塑性層間位移角限值不滿足規(guī)范值時(shí)，設(shè)計(jì)方法采用調(diào)整豎向構(gòu)件柱布置增加截面尺寸同時(shí)調(diào)整梁柱截面尺寸，而不單獨(dú)增加水平構(gòu)件梁截面高度，使梁剛度增大滿足變形計(jì)算規(guī)范限值要求的方法；(3)所述的梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足框梁截面寬bb<同方向柱寬bc,以保證梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束，使梁彎曲變形在梁柱節(jié)點(diǎn)外梁端出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)大震梁端先開裂出現(xiàn)塑性鉸的目的。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種強(qiáng)柱弱梁耗能型混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：包括梁柱結(jié)構(gòu)布置線剛度比值控制值、結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算方法設(shè)計(jì)、梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束弱梁設(shè)計(jì)要求；其特征在于：(1)所述的梁柱結(jié)構(gòu)布置調(diào)整梁跨度柱距離和梁柱截面尺寸使框柱與相接框梁線剛度比ic/ib＞1.0，保證柱剛度不低于梁；(2)所述的結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算指標(biāo)彈性層間位移角[θe]、彈塑性層間位移角[θp]限值不滿足規(guī)范值時(shí)，設(shè)計(jì)方法采用調(diào)整豎向構(gòu)件柱布置增加截面尺寸同時(shí)調(diào)整梁柱截面尺寸，而不單獨(dú)增加水平構(gòu)件梁截面高度，使梁剛度增大滿足變形計(jì)算規(guī)范限值要求的方法；(3)所述的梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足框梁截面寬bb<同方向柱寬bc,以保證梁柱節(jié)點(diǎn)處框柱對(duì)梁剛性約束，使梁彎曲變形在梁柱節(jié)點(diǎn)外梁端出現(xiàn)。2.如權(quán)利要...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王應(yīng)麟，景紅香，凡秀榮，張鼎，齊永翔，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：靜寧縣建筑設(shè)計(jì)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：甘肅;62