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 前两期文章《刚性楼板假定之一（漂亮的发明）》、《刚性楼板假定之二（试验不能丢楼板）》指出： 1、刚性楼板假定可以显著降低计算自由度，提高计算效率； 2、建筑结构的科学试验应正确考虑楼板作用。  本期文章我们讨论一下刚性楼板假定与“强柱弱梁”难以实现的关系。 01 “弱梁”还是“肥梁”？ 早年间刚参加工作时，可能会有老一代的结构工程师告诫年轻人，建筑结构设计要做到“肥梁胖柱”，这样才能保证安全。“胖柱”的要求是科学的，而且我们现在做的还明显不够，这一点在后期的文章中再专题讨论，这里我们重点说说“肥梁”。
现代高层钢筋混凝土结构一般是水平地震（或风）起控制作用，我们被要求应该做到“强柱弱梁”，即期望通过设计让塑性铰出现在梁端，使得柱、墙继续竖向承载和保持足够抗侧力能力。 实际情况如何呢？我们设计的钢筋混凝土结构是“弱梁”，还是“肥梁”？ 答案是我们仍然在设计“肥梁”。从前面的文章讨论可知，根据现行规范规定，设计时通过“梁刚度放大”考虑楼板面外刚度贡献。这种做法相当于将楼板的抗侧力作用加入到框架梁的设计结果，会明确增大框架梁的截面和配筋。 我们仍然在做“肥梁”! 02 如何实现“强柱弱梁”？ 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的“强柱弱梁”调整规定如下：    可以看出，建筑结构设计时，依据梁端弯矩放大柱端弯矩，通过这种方式期望实现“强柱弱梁”。 03 实际情况做到“强柱弱梁”了吗？ 近年来国内、外的实际震害表明，即使按照相关规范做了柱端弯矩调整，也普遍难以实现“强柱弱梁”，如下图所示：
实际情况一般是“弱柱强楼盖”，而非“强柱弱梁”！ 04 为何“强柱弱梁”难实现？ 1）刚性楼板假定惹的祸 设计时期望的“强柱弱梁”与实际震害情况存在明显区别，主要原因就是现浇楼板的实际面外刚度贡献很大，而科研试验、规范制定和设计分析时往往采用刚性楼板假定，忽略了楼板的面外刚度贡献。 2）“强柱弱梁”调整对柱的刚度和内力影响不大 规范规定的“强柱弱梁”调整通过放大柱内力，进而增大柱配筋以提高其预期承载能力。可以做个简单的计算，假设柱配筋根据最小配筋率和最大配筋率取中间值按2.5%计算，钢筋的弹性模量平均为混凝土的6~7倍左右，根据“强柱弱梁”弯矩放大，柱每增加10%的配筋（柱截面尺寸不变），则柱的抗弯刚度只增加1.5%左右，即柱的刚度和设计内力不会因为“强柱弱梁”调整而产生太大变化。 3）增大配筋对柱极限承载力的提高没有想象的大 “强柱弱梁”调整能多大程度上提高柱的极限承载力呢？由于配筋量增加，若按照正截面承载力计算公式，则会认为柱的极限承载力会提高较多，但实际情况可能并非如此，如下图所示：
设计时采用的正截面承载力计算公式中有一个很有争议的假定：“混凝土理想弹塑性假定”，该假定与混凝土真实的本构出入较大，如下图所示：
上述设计假定可能造成高估钢筋混凝土构件的极限承载力，进而使得受拉钢筋并不能充分发挥作用，预期的钢筋先受拉屈服的“大偏压破坏”模式有可能实际为混凝土已破坏，而钢筋仍未屈服的“小偏压破坏”模式，这个问题我们会在后期文章中专题讨论。 05 总结 1）设计时通常采用刚性楼板假定，同时放大梁刚度以考虑楼板的面外刚度贡献，这种做法将造成截面和配筋都会被人为增大的“肥梁”情况出现； 2）现浇楼板与梁形成的楼盖实际具有很大的刚度，会显著大于忽略楼板作用的梁刚度； 3）增大柱弯矩，进而增大柱配筋的“强柱弱梁”设计方法对柱极限承载能力的提高没有预期大，所以“弱柱强楼盖”才是比较真实的情况。 END |
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