杨博士专刊 | 框架梁认识误区之一（设计方法）

前四期文章讨论了RC柱的震害现象、损坏评价标准及仿真模拟方法，可以看出即使对最简单的RC柱我们仍然知之甚少，在自然面前要始终保持谦卑，结构工程专业仍然大有可为。我们再用四期文章讨论一下框架梁的设计与认知误区。

普遍采用矩形截面进行框架梁设计

三十年前的结构较多采用预制楼板，由于其基本不提供面外刚度，所以采用矩形截面进行简支梁或框架梁设计问题不大。

梁刚度增大系数

目前结构中普遍采用现浇楼板或装配整体式楼板。为考虑楼板面外刚度贡献，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.2.2条规定：在结构内力与位移计算中，现浇楼盖和装配整体式楼盖中，梁的刚度可考虑翼缘的作用予以增大。近似考虑时，楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3～2.0。对于无现浇面层的装配式楼盖，不宜考虑楼面梁刚度的增大。

基于上述规范规定，目前的工程实践普遍采用如下方法进行梁、板设计：

(1) 楼板采用重力荷载代表值按照房间进行简化设计，不考虑风与地震作用对楼板的影响。

(2) 通过梁刚度增大系数，将水平作用产生的楼板内力间接叠加入框架梁，再采用矩形截面进行框架梁配筋设计。

隐含问题

上述楼板与框架梁等效设计方法，简化了问题，似无不妥之处。但若仔细研究，会发现隐含着较大的问题：

(1) 楼板的显著抗侧力作用未被充分考虑。

 

从上面框架结构的震害图片可以看出，框架结构一般由框架梁和现浇楼板组成的楼盖与框架柱共同抵御地震作用。由于楼板面积较大，且处于框架梁上翼缘位置，其对楼盖刚度的贡献是显著的，1.3~2.0倍的框架梁刚度增大系数应是不够的。

(2) 框架梁设计明显偏保守。

采用框架梁刚度增大系数后，框架梁内力设计值将因此被放大，进而增大框架梁截面和设计配筋。而实际经验告诉我们，现浇楼板即使未考虑地震作用进行配筋设计，其仍然可以对框架结构提供较大的抗侧力能力，有现浇楼板时框架梁的抗震需求应明显小于无楼板情况，此时再人为增大框架梁刚度将使得框架梁设计结果明显偏于保守。

(3) “强柱弱梁”更加难以实现。

刚度增大系数法不但使得框架梁设计结果明显偏于保守和浪费，其带来的另一个后果是由于框架梁与楼板组成的楼板被进行了超强设计，所以框架柱更加相对薄弱，“强柱弱梁”的概念设计将更加难以实现。

通过如下《2008汶川地震建筑震害图片集》（中国建筑科学研究院 主编）中某6层框架结构震害图片可以看出：即使在框架梁截面相对框架柱截面小很多的情况下，结构破坏仍然大概率集中在薄弱层的框架柱头、柱脚或节点区位置，框架梁端难以产生预期的“塑性铰”，而框架柱，尤其是底层或薄弱层框架柱才是真正易破坏的构件。

小结

目前被大量普遍采用的框架梁与现浇楼板单独简化设计方法，给工程实践带来了方便，但也同时隐含着问题，甚至可能误导我们对看似简单的钢筋混凝土框架结构的抗震性能认知：

(1) 现浇楼板即使不考虑水平地震作用进行配筋设计，实际上仍然可以为楼盖提供较大的抗侧力刚度，梁刚度放大系数将明显使得框架梁设计结果偏保守。

(2) 现浇楼板与框架梁将组成一个具有较大宽度上翼缘的T型梁，框架梁按照矩形截面设计过于粗糙。

(3) 现浇楼板与框架梁组成的楼盖刚度显著大于框架梁单独的抗侧力刚度，“强楼盖弱柱”才是实际震害中的普遍现象，“强柱弱梁”概念难以通过内力调整进而增大框架柱配筋实现。

END

NO.1