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【摘要】“强柱弱梁”是框架结构抗震设计中不可忽视的重要内容，也是实现梁铰机制的重要结构措施。影响“强柱弱梁”的因素很多，在设计工作中，如何抓住主要矛盾，真正实现“强柱弱梁”，已成为结构设计人员关心的大问题。本文阐明了“强梁弱柱”形成的原因，分析了强柱弱梁的影响因素，研究探讨了建筑结构中的强柱弱梁设计要点。
【关键词】建筑结构强柱弱梁设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关。试验证明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，抗震性能较好，因此，抗震规范提出了“强柱弱梁”的设计原则。“强柱弱梁”实质是控制塑性铰在框架中出现的位置，让不会引起结构整体破坏的耗能塑性铰应较早、较多出现在梁端。在地震作用下，框架中塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上：梁的跨中出现塑性铰将导致局部破坏；柱中出现塑性铰，不易修复而且容易引起结构整体性破坏或倒塌；而塑性铰出现在梁端，却可以使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，因而具有较好的抗震性能。
一、“强梁弱柱”形成的原因
结构内力分析中考虑楼板对梁的刚度贡献, 却在梁的承载力设计中不考虑此贡献, 极大的高估了梁的实际受力,造成梁负筋的超配, 客观上形成“强梁弱柱”。
震害表明, 混凝土楼板尤其是现浇楼板和梁一般具有良好的共同协调能力, 可以按T 形梁的形式工作, 但是实际设计中若都以T 形梁进行结构分析和设计, 却非常难以实现。规范规定框架梁可以适当考虑楼板的刚度贡献进行结构分析和内力计算(一般刚度放大系数1. 5-2.0) , 这是合理的, 但是在进行承载力设计时, 若以此内力对矩形梁截面进行设计则过分低估了楼板对梁的承载力贡献。合理的方法之一是以此内力对T 形梁截面进行设计, 但是考虑到具体每根T 形梁截面尺寸定义和设计的烦琐, 实际设计时, 可以根据刚度分配原理和调整梁的计算内力进行梁截面设计。具体方式如下: 首先根据结构布置情况, 分析梁的刚度放大系数, 假如为1.8, 那么结构分析之后的设计内力Md 应该进行折减调整, 即Md/1.8 作为矩形截面梁的设计弯矩, 此时设计剪力Vd 不调整, 完全由梁承担是合适的。而对柱来说, 还是应该按照未经折减的弯矩进行内力放大的调整。需要注意的是此时, 要保证梁两翼的楼板钢筋不能太少, 且满足一定的抗拉锚固要求。
二、强柱弱梁的影响因素
1、柱轴压比的影响
现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。在地震过程中，轴压比过高容易造成柱压溃破坏，适当控制轴压比对实现强柱弱梁机制是非常有益处的。
2、梁计算中楼板的影响
在结构设计中一般都是不考虑楼板参与整体计算，大部分情况下是直接将荷载倒算的梁上，而在计算水平荷载(地震与风荷载) 的时候考虑楼板对梁刚度的提高作用，用一个中梁(边梁) 刚度放大系数来考虑楼板的作用，但计算梁配筋的时候又只考虑矩形截面，这样一来形成了本来是T 形梁承受荷载，钢筋计算却完全集中在矩形截面中。
3、填充墙对结构刚度的影响
在实际工程中很多围护结构是砌体墙，而地震作用下砌体墙与梁一起运动，无疑对梁有一个较大的加强作用。而柱子一般情况下额外承受砌体墙与梁共同作用产生的剪力，这对抗震规范“强梁弱柱”机制的实现是个很大的挑战。对墙体较多的框架结构，填充墙在建筑中大多分布不均匀，易造成框架结构刚度中心较大偏离计算模型中的刚度中心，结构计算时仅仅进行周期折减是不能完全考虑其对框架的真实影响。
4、裂缝计算加大了梁端的抗弯能力
不合理的裂缝计算加大了梁端配筋面积，导致梁端计算弯矩过大，梁端裂缝宽度计算值大于实际值，同时，加大梁端配筋，抗震调幅与梁端裂缝挠度计算的矛盾，对“强柱弱梁”机制实现增加了新的负担。
5、梁底配筋的不合理
现阶段梁配筋设计绝大部分都采用国家标准图03G101－1，设计施工不区分具体情况而盲目套用图集，造成梁端底面实际配筋大大超出强柱弱梁计算中对应于梁底弯矩设计值的配筋量，当跨中弯矩对底筋起绝对控制作用时，所有底筋均锚入柱中，使梁端抗弯矩能力大大增加，问题更严重。
6、梁柱刚度比过大而导致强柱弱梁机制难于实现。
梁柱刚度比超过一定值，在水平侧向力作用下，框架柱相对弯矩增幅会大于框架梁相对弯矩增幅( 相对弯矩= M/Mu) ，框架柱会先于框架梁达到抗弯承载力而出铰;当层间剪切变形达到一定程度后，即使框架柱端纵筋不屈服，柱端混凝土压应变也会达到极限压应变而发生破坏，导致柱端抗弯承载力降低。再加上P－δ效应，使结构无法再形成强柱弱梁屈服机制。这种情况通常出现在荷载较大，梁跨度较大。
三、建筑结构中的强柱弱梁设计要点
1、充分考虑现浇楼板的作用
在计算上，充分考虑现浇楼板平面外的刚度，可采用壳元细分。现浇楼板内的钢筋有增大梁端负弯矩受弯承载力的作用。参与受力的板内钢筋的范围与梁端的屈服程度有关: 梁端未屈服时，板内钢筋基本不参与受力; 随梁端屈服的严重程度增大，板内参与受力钢筋的范围增大，但板内钢筋参与的程度随着钢筋离开梁肋距离的增大而减少。为真正实现强柱弱梁，计算梁端的受弯承载力时，应适当考虑现浇楼板中的钢筋对框架梁端部实际正截面抗震受弯承载力的影响，考虑框架有效翼缘宽度范围( 考虑楼板受拉，可近似取梁两侧各为3 倍楼板厚度范围) 内，与框架梁跨度同向的板顶钢筋的作用。但此时应注意，板有效宽度内与梁平行的钢筋应根据框架梁负弯矩纵筋的要求延伸足够长度后才能截断。
2、保证抗力和效应计算截面的统一
在承载能力极限状态计算时，抗震设计的结构应采用考虑结构塑性内力重分布的分析方法，同时采用柱边缘截面处的梁内力设计值，使构件承载力和荷载效应计算截面统一。另外，在构件的裂缝宽度验算中，也宜采用考虑塑性内力重分布的分析方法，同时也采用柱边缘截面处的梁端内力值，确保抗力和效应计算截面统一，从而避免裂缝宽度验算不致影响“强柱弱梁”的实现。
3、梁底筋的合理配置
在柱配筋不变的情况下，可通过“协调配筋方式”来弱化梁的实际受弯承载力，从而使柱的受弯承载力间接加强。即，在柱两端框架梁截面高度相等的条件下，可通过调整梁下部钢筋的直径，使尽量多的梁下部钢筋在柱支座内拉通设置，在支座外搭接。通过协调配筋方式，避免了梁柱节点核心区内钢筋过于密集，使纵筋与混凝土更好地锚固，以便于施工，有利于“强柱弱梁”的实现。另外，根据弯矩配筋包络图，梁跨中下部截面的配筋，在满足规范有关梁端上下钢筋比值的条件下，可不全部伸入支座，也可减少“强梁弱柱”的发生。
4、合理控制梁筋的超配
应严格控制梁端实配钢筋，对梁端负弯矩钢筋不应超配( 控制实配钢筋不超过计算钢筋面积，一般情况下，可取实配钢筋面积为0. 95-1. 0 倍的计算钢筋面积) ; 对梁端正弯矩钢筋应控制超配比例(一般情况下，可控制超配系数在10%以内) 。
5、限制梁、柱的线刚度比
限制框架柱与框架梁的线刚度比在一个较为合理的范围内，可取1. 5-2. 0。有些地方标准已有相关的规定。
6、提高柱的配筋率、配箍率，降低柱的轴压比限制
总之，影响实现“强柱弱梁”破坏机制的因素很多，也很复杂，有理论研究的滞后、设计计算的缺陷和抗震构造的不足等。设计人员应从工程结构的实际受力状况出发，对各种可能影响“强柱弱梁”破坏机制的因素予以全面考虑，采用合理的结构分析方法和模型。在目前有些影响因素还不能精确考虑的情况下，加強概念设计，结合建筑图对重点部位进行适度的加强，以充分保证“强柱弱梁”破坏机制的实现。
参考文献：
[1] 周军文,齐永胜,鲁良辉.对“强柱弱梁”屈服机制的分析[J]. 混凝土与水泥制品. 2011(06)
[2] 陈仁朝.框架结构抗震设计相关问题的探讨[J]. 科技资讯. 2010(34)
[3] 黄华,施明君,刘伯权,吴涛,李楠.框架结构“强梁弱柱”问题研究[J]. 防灾减灾工程学报. 2010(S1)
【关键词】建筑结构强柱弱梁设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关。试验证明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，抗震性能较好，因此，抗震规范提出了“强柱弱梁”的设计原则。“强柱弱梁”实质是控制塑性铰在框架中出现的位置，让不会引起结构整体破坏的耗能塑性铰应较早、较多出现在梁端。在地震作用下，框架中塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上：梁的跨中出现塑性铰将导致局部破坏；柱中出现塑性铰，不易修复而且容易引起结构整体性破坏或倒塌；而塑性铰出现在梁端，却可以使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，因而具有较好的抗震性能。
一、“强梁弱柱”形成的原因
结构内力分析中考虑楼板对梁的刚度贡献, 却在梁的承载力设计中不考虑此贡献, 极大的高估了梁的实际受力,造成梁负筋的超配, 客观上形成“强梁弱柱”。
震害表明, 混凝土楼板尤其是现浇楼板和梁一般具有良好的共同协调能力, 可以按T 形梁的形式工作, 但是实际设计中若都以T 形梁进行结构分析和设计, 却非常难以实现。规范规定框架梁可以适当考虑楼板的刚度贡献进行结构分析和内力计算(一般刚度放大系数1. 5-2.0) , 这是合理的, 但是在进行承载力设计时, 若以此内力对矩形梁截面进行设计则过分低估了楼板对梁的承载力贡献。合理的方法之一是以此内力对T 形梁截面进行设计, 但是考虑到具体每根T 形梁截面尺寸定义和设计的烦琐, 实际设计时, 可以根据刚度分配原理和调整梁的计算内力进行梁截面设计。具体方式如下: 首先根据结构布置情况, 分析梁的刚度放大系数, 假如为1.8, 那么结构分析之后的设计内力Md 应该进行折减调整, 即Md/1.8 作为矩形截面梁的设计弯矩, 此时设计剪力Vd 不调整, 完全由梁承担是合适的。而对柱来说, 还是应该按照未经折减的弯矩进行内力放大的调整。需要注意的是此时, 要保证梁两翼的楼板钢筋不能太少, 且满足一定的抗拉锚固要求。
二、强柱弱梁的影响因素
1、柱轴压比的影响
现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。在地震过程中，轴压比过高容易造成柱压溃破坏，适当控制轴压比对实现强柱弱梁机制是非常有益处的。
2、梁计算中楼板的影响
在结构设计中一般都是不考虑楼板参与整体计算，大部分情况下是直接将荷载倒算的梁上，而在计算水平荷载(地震与风荷载) 的时候考虑楼板对梁刚度的提高作用，用一个中梁(边梁) 刚度放大系数来考虑楼板的作用，但计算梁配筋的时候又只考虑矩形截面，这样一来形成了本来是T 形梁承受荷载，钢筋计算却完全集中在矩形截面中。
3、填充墙对结构刚度的影响
在实际工程中很多围护结构是砌体墙，而地震作用下砌体墙与梁一起运动，无疑对梁有一个较大的加强作用。而柱子一般情况下额外承受砌体墙与梁共同作用产生的剪力，这对抗震规范“强梁弱柱”机制的实现是个很大的挑战。对墙体较多的框架结构，填充墙在建筑中大多分布不均匀，易造成框架结构刚度中心较大偏离计算模型中的刚度中心，结构计算时仅仅进行周期折减是不能完全考虑其对框架的真实影响。
4、裂缝计算加大了梁端的抗弯能力
不合理的裂缝计算加大了梁端配筋面积，导致梁端计算弯矩过大，梁端裂缝宽度计算值大于实际值，同时，加大梁端配筋，抗震调幅与梁端裂缝挠度计算的矛盾，对“强柱弱梁”机制实现增加了新的负担。
5、梁底配筋的不合理
现阶段梁配筋设计绝大部分都采用国家标准图03G101－1，设计施工不区分具体情况而盲目套用图集，造成梁端底面实际配筋大大超出强柱弱梁计算中对应于梁底弯矩设计值的配筋量，当跨中弯矩对底筋起绝对控制作用时，所有底筋均锚入柱中，使梁端抗弯矩能力大大增加，问题更严重。
6、梁柱刚度比过大而导致强柱弱梁机制难于实现。
梁柱刚度比超过一定值，在水平侧向力作用下，框架柱相对弯矩增幅会大于框架梁相对弯矩增幅( 相对弯矩= M/Mu) ，框架柱会先于框架梁达到抗弯承载力而出铰;当层间剪切变形达到一定程度后，即使框架柱端纵筋不屈服，柱端混凝土压应变也会达到极限压应变而发生破坏，导致柱端抗弯承载力降低。再加上P－δ效应，使结构无法再形成强柱弱梁屈服机制。这种情况通常出现在荷载较大，梁跨度较大。
三、建筑结构中的强柱弱梁设计要点
1、充分考虑现浇楼板的作用
在计算上，充分考虑现浇楼板平面外的刚度，可采用壳元细分。现浇楼板内的钢筋有增大梁端负弯矩受弯承载力的作用。参与受力的板内钢筋的范围与梁端的屈服程度有关: 梁端未屈服时，板内钢筋基本不参与受力; 随梁端屈服的严重程度增大，板内参与受力钢筋的范围增大，但板内钢筋参与的程度随着钢筋离开梁肋距离的增大而减少。为真正实现强柱弱梁，计算梁端的受弯承载力时，应适当考虑现浇楼板中的钢筋对框架梁端部实际正截面抗震受弯承载力的影响，考虑框架有效翼缘宽度范围( 考虑楼板受拉，可近似取梁两侧各为3 倍楼板厚度范围) 内，与框架梁跨度同向的板顶钢筋的作用。但此时应注意，板有效宽度内与梁平行的钢筋应根据框架梁负弯矩纵筋的要求延伸足够长度后才能截断。
2、保证抗力和效应计算截面的统一
在承载能力极限状态计算时，抗震设计的结构应采用考虑结构塑性内力重分布的分析方法，同时采用柱边缘截面处的梁内力设计值，使构件承载力和荷载效应计算截面统一。另外，在构件的裂缝宽度验算中，也宜采用考虑塑性内力重分布的分析方法，同时也采用柱边缘截面处的梁端内力值，确保抗力和效应计算截面统一，从而避免裂缝宽度验算不致影响“强柱弱梁”的实现。
3、梁底筋的合理配置
在柱配筋不变的情况下，可通过“协调配筋方式”来弱化梁的实际受弯承载力，从而使柱的受弯承载力间接加强。即，在柱两端框架梁截面高度相等的条件下，可通过调整梁下部钢筋的直径，使尽量多的梁下部钢筋在柱支座内拉通设置，在支座外搭接。通过协调配筋方式，避免了梁柱节点核心区内钢筋过于密集，使纵筋与混凝土更好地锚固，以便于施工，有利于“强柱弱梁”的实现。另外，根据弯矩配筋包络图，梁跨中下部截面的配筋，在满足规范有关梁端上下钢筋比值的条件下，可不全部伸入支座，也可减少“强梁弱柱”的发生。
4、合理控制梁筋的超配
应严格控制梁端实配钢筋，对梁端负弯矩钢筋不应超配( 控制实配钢筋不超过计算钢筋面积，一般情况下，可取实配钢筋面积为0. 95-1. 0 倍的计算钢筋面积) ; 对梁端正弯矩钢筋应控制超配比例(一般情况下，可控制超配系数在10%以内) 。
5、限制梁、柱的线刚度比
限制框架柱与框架梁的线刚度比在一个较为合理的范围内，可取1. 5-2. 0。有些地方标准已有相关的规定。
6、提高柱的配筋率、配箍率，降低柱的轴压比限制
总之，影响实现“强柱弱梁”破坏机制的因素很多，也很复杂，有理论研究的滞后、设计计算的缺陷和抗震构造的不足等。设计人员应从工程结构的实际受力状况出发，对各种可能影响“强柱弱梁”破坏机制的因素予以全面考虑，采用合理的结构分析方法和模型。在目前有些影响因素还不能精确考虑的情况下，加強概念设计，结合建筑图对重点部位进行适度的加强，以充分保证“强柱弱梁”破坏机制的实现。
参考文献：
[1] 周军文,齐永胜,鲁良辉.对“强柱弱梁”屈服机制的分析[J]. 混凝土与水泥制品. 2011(06)
[2] 陈仁朝.框架结构抗震设计相关问题的探讨[J]. 科技资讯. 2010(34)
[3] 黄华,施明君,刘伯权,吴涛,李楠.框架结构“强梁弱柱”问题研究[J]. 防灾减灾工程学报. 2010(S1)