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【摘 要】 本文根据抗震设防水准，从强节点弱构件、 强柱弱梁、强剪弱弯的抗震设计原则出发，提出了钢筋混凝土框架结构中梁和柱的的抗震设计。
【关键词】 钢筋混凝土 抗震设计 梁 柱
在钢筋混凝土框架抗震设计中，应满足“强节点弱构件”、“强柱弱梁”、“强剪弱弯”，从而梁出现塑性铰并有足够的转动，以耗散地震能量，这样可保证其他构件有足够的强度，保证整个框架结构的强度能够安全而又充分地发挥。作为框架式钢筋混凝土结构的核心，梁和柱的抗震设计至关重要，做好梁和柱的设计具有重要的现实意义。
1 抗震设防的水准的概述
抗震设防水准一般是以地震动参数的形式来表达的，是指未来可能施加于结构的地震作用大小。目前我国正在使用的《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中采用了三水准的抗震设防目标，即：第一水准：当结构遭受低于本地区抗震设防烈度的小震作用时，结构一般不发生破坏或不需修理即可继续使用；第二水准：当结构遭受相当于本地区抗震设防烈度的中震作用时，结构可能会发生破坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；第三水准：当结构遭受高于本地区抗震设防烈度的大震作用时，结构不发生倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
2 结构抗震设计的一般原则
2.1 强柱弱梁
强柱弱梁是为了实现在罕遇地震作用下，使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。人为增大柱子相对于梁的抗弯能力，诱导在梁端出现塑性铰，从而达到强柱弱梁的要求。当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意不可随意超配筋，超配筋要整体保持一定比例。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
2.2 强剪弱弯
使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求，用以改善构件自身的抗震性能。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。应合理选择梁柱截面尺寸、配置纵向钢筋和箍筋避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏。适当增加抵抗剪切力的钢筋可以有效防止梁、柱在弯曲屈服之前出现剪切破坏。
2.3 强节点弱构件
构件节点（主要是梁柱节点）的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。一、二级抗震等级的框架进行节点核心区抗震受剪承载力计算；三、四级抗震等级的框架节点核心区可不进行计算，但应符合抗震构造措施的要求。要求剪力设计值不大于框架梁柱节点的杭震受剪承载力。框架梁和框架柱的纵向钢筋在节点区的错固和搭接应符合《混凝土结构设计规范》要求。
3 梁的抗震设计
3.1 梁截面尺寸。为了防止梁发生斜裂缝破坏、斜压型脆性破坏，框架梁截面尺寸必须满足如下要求：梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高度与宽度不宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。
3.3 梁的箍筋。试验结果和震害经验表明，梁端的破坏主要集中于1.5-2.0倍梁高的长度范围内，因此，在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋，对提高梁的变形能力十分有效。同时，为了防止压筋过早压曲，应严格遵照《抗震设计规范》限制箍筋的间距。梁端设置的第一个箍筋距框架节点边缘不大于50mm。非加密区箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。
3.4 梁内纵筋的锚固和搭接。在较强地震作用过程中，梁、柱截面中的纵向受力钢筋可能处于交替拉、压状态下，根据试验结果，这时钢筋与其周围混凝土的粘结锚固性能将比单纯受拉时不利。纵向受力钢筋连接接头的位置宜避开梁端箍筋加密区；当无法避开时，应采用满足等强度要求的机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50。纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋应加密，其直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同。
4 柱的抗震设计
4.1 柱截面尺寸。柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求：柱截面的宽度和高度：四级或不超过2层时均不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱直径：四级或不超过2层时均不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm；柱截面长边与短边的边长比不宜大于3；剪跨比宜大于2。
4.2 柱的轴压比。限制框架柱的轴压比主要为了保证框架结构的延性要求。试验表明，受压构件的位移延性随轴压力增加而减小。为满足框架柱在地震作用组合下位移延性的要求，根据抗震等级不同，《建筑抗震设计规范》对轴压比限值进行了规定，对于框架结构：抗震等级一级为0.65，二级为0.75，三级为0.85，四级为0.90；对于框架-抗震墙，板柱-抗震墙、框架-核心筒及筒中筒结构：抗震等级一级为0.75，二级为0.85，三级为0.90，四级为0.95；建造于IV类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值还应适当减小。不论采取何种约束措施，柱的轴压比都不应大于1.05。
4.3 柱纵向钢筋的配置。柱中纵向钢筋宜对称配置；截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；柱总配筋率不应大于5%；边柱、角柱及抗震墙端柱在小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。为了保证柱有足够的延性，柱纵向钢筋最小配筋率必须满足规范要求。柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。纵向钢筋的接头，一级应采用焊接接头；二级宜采用焊接接头而底层柱根应焊接；三级可采用搭接而底层柱根宜焊接；直径大于32mm的钢筋必须采用焊接。在纵向钢筋搭接区段内宜加密箍筋，防止纵向钢筋的压曲，增加粘结强度，箍筋的直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同。框架柱的纵向钢筋应贯穿中间层中间节点和中间层端节点，柱纵向钢筋接头应设在节点区以外。
4.4 柱的箍筋。在地震力的反复作用下，柱端钢筋保护层往往首先碎落，这时，若无足够的箍筋约束，纵筋就会向外膨出，柱端破坏。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用，提高配箍率可以显著提高受压混凝土的极限压应变，从而有效增加柱的延性。在设置柱箍筋时应注意以下几点：柱的箍筋加密范围；柱箍筋加密区的箍筋肢距；柱箍筋加密区的体积配箍率；柱箍筋非加密区的箍筋配置；柱节点核心区的计算配箍值。
5 结语
做好钢筋混凝土结构的抗震设计，避免地震时给人类带来大的灾难，要求结构设计人员能正确运用框架结构抗震概念设计，克服框架结构的弊端，运用科学有效的手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑使用功能。
参考文献
[1] 马宏旺.一种直接基于位移的抗震设计方法.地震工程与工程振动，2007，27（2）：45-50
[2] 杜修力，贾鹏，赵均.不同连梁跨高比混凝土核心筒抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报. 2008（S1）
[3]2005，21（4）：157-164曲哲.摇摆墙 -框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究[D].北京：清华大学，2010
【关键词】 钢筋混凝土 抗震设计 梁 柱
在钢筋混凝土框架抗震设计中，应满足“强节点弱构件”、“强柱弱梁”、“强剪弱弯”，从而梁出现塑性铰并有足够的转动，以耗散地震能量，这样可保证其他构件有足够的强度，保证整个框架结构的强度能够安全而又充分地发挥。作为框架式钢筋混凝土结构的核心，梁和柱的抗震设计至关重要，做好梁和柱的设计具有重要的现实意义。
1 抗震设防的水准的概述
抗震设防水准一般是以地震动参数的形式来表达的，是指未来可能施加于结构的地震作用大小。目前我国正在使用的《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中采用了三水准的抗震设防目标，即：第一水准：当结构遭受低于本地区抗震设防烈度的小震作用时，结构一般不发生破坏或不需修理即可继续使用；第二水准：当结构遭受相当于本地区抗震设防烈度的中震作用时，结构可能会发生破坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；第三水准：当结构遭受高于本地区抗震设防烈度的大震作用时，结构不发生倒塌或发生危及生命安全的严重破坏。
2 结构抗震设计的一般原则
2.1 强柱弱梁
强柱弱梁是为了实现在罕遇地震作用下，使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。人为增大柱子相对于梁的抗弯能力，诱导在梁端出现塑性铰，从而达到强柱弱梁的要求。当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意不可随意超配筋，超配筋要整体保持一定比例。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。
2.2 强剪弱弯
使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求，用以改善构件自身的抗震性能。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。应合理选择梁柱截面尺寸、配置纵向钢筋和箍筋避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏。适当增加抵抗剪切力的钢筋可以有效防止梁、柱在弯曲屈服之前出现剪切破坏。
2.3 强节点弱构件
构件节点（主要是梁柱节点）的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。一、二级抗震等级的框架进行节点核心区抗震受剪承载力计算；三、四级抗震等级的框架节点核心区可不进行计算，但应符合抗震构造措施的要求。要求剪力设计值不大于框架梁柱节点的杭震受剪承载力。框架梁和框架柱的纵向钢筋在节点区的错固和搭接应符合《混凝土结构设计规范》要求。
3 梁的抗震设计
3.1 梁截面尺寸。为了防止梁发生斜裂缝破坏、斜压型脆性破坏，框架梁截面尺寸必须满足如下要求：梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高度与宽度不宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。
3.3 梁的箍筋。试验结果和震害经验表明，梁端的破坏主要集中于1.5-2.0倍梁高的长度范围内，因此，在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋，对提高梁的变形能力十分有效。同时，为了防止压筋过早压曲，应严格遵照《抗震设计规范》限制箍筋的间距。梁端设置的第一个箍筋距框架节点边缘不大于50mm。非加密区箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。
3.4 梁内纵筋的锚固和搭接。在较强地震作用过程中，梁、柱截面中的纵向受力钢筋可能处于交替拉、压状态下，根据试验结果，这时钢筋与其周围混凝土的粘结锚固性能将比单纯受拉时不利。纵向受力钢筋连接接头的位置宜避开梁端箍筋加密区；当无法避开时，应采用满足等强度要求的机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50。纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋应加密，其直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同。
4 柱的抗震设计
4.1 柱截面尺寸。柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求：柱截面的宽度和高度：四级或不超过2层时均不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱直径：四级或不超过2层时均不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm；柱截面长边与短边的边长比不宜大于3；剪跨比宜大于2。
4.2 柱的轴压比。限制框架柱的轴压比主要为了保证框架结构的延性要求。试验表明，受压构件的位移延性随轴压力增加而减小。为满足框架柱在地震作用组合下位移延性的要求，根据抗震等级不同，《建筑抗震设计规范》对轴压比限值进行了规定，对于框架结构：抗震等级一级为0.65，二级为0.75，三级为0.85，四级为0.90；对于框架-抗震墙，板柱-抗震墙、框架-核心筒及筒中筒结构：抗震等级一级为0.75，二级为0.85，三级为0.90，四级为0.95；建造于IV类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值还应适当减小。不论采取何种约束措施，柱的轴压比都不应大于1.05。
4.3 柱纵向钢筋的配置。柱中纵向钢筋宜对称配置；截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；柱总配筋率不应大于5%；边柱、角柱及抗震墙端柱在小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。为了保证柱有足够的延性，柱纵向钢筋最小配筋率必须满足规范要求。柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。纵向钢筋的接头，一级应采用焊接接头；二级宜采用焊接接头而底层柱根应焊接；三级可采用搭接而底层柱根宜焊接；直径大于32mm的钢筋必须采用焊接。在纵向钢筋搭接区段内宜加密箍筋，防止纵向钢筋的压曲，增加粘结强度，箍筋的直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同。框架柱的纵向钢筋应贯穿中间层中间节点和中间层端节点，柱纵向钢筋接头应设在节点区以外。
4.4 柱的箍筋。在地震力的反复作用下，柱端钢筋保护层往往首先碎落，这时，若无足够的箍筋约束，纵筋就会向外膨出，柱端破坏。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用，提高配箍率可以显著提高受压混凝土的极限压应变，从而有效增加柱的延性。在设置柱箍筋时应注意以下几点：柱的箍筋加密范围；柱箍筋加密区的箍筋肢距；柱箍筋加密区的体积配箍率；柱箍筋非加密区的箍筋配置；柱节点核心区的计算配箍值。
5 结语
做好钢筋混凝土结构的抗震设计，避免地震时给人类带来大的灾难，要求结构设计人员能正确运用框架结构抗震概念设计，克服框架结构的弊端，运用科学有效的手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑使用功能。
参考文献
[1] 马宏旺.一种直接基于位移的抗震设计方法.地震工程与工程振动，2007，27（2）：45-50
[2] 杜修力，贾鹏，赵均.不同连梁跨高比混凝土核心筒抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报. 2008（S1）
[3]2005，21（4）：157-164曲哲.摇摆墙 -框架结构抗震损伤机制控制及设计方法研究[D].北京：清华大学，2010