為什么“強柱弱梁”未能在歷次地震中體現(xiàn)？

——兼論“強柱弱梁”一定不可能實現(xiàn)
不管是海城地震，還是唐山地震或者汶川地震，在人們苦心打造的框架節(jié)點中，“強柱弱梁”的愿望都未能實現(xiàn)。
不管梁柱節(jié)點柱加箍不加箍，加多少箍，柱還是出現(xiàn)燈籠狀破壞，φ12@75的箍筋，配箍不可謂不強吧，還照樣燈籠狀破壞。

現(xiàn)行規(guī)范的措施，2010規(guī)范的措施，依然不可能做到“強柱弱梁”的實現(xiàn)。
 
為什么實現(xiàn)不了“強柱弱梁”的原因：
梁柱受力特征不同
樓板影響
框架梁跨度和荷載過大使梁截面尺寸增大
梁端超配筋和鋼筋實際強度超強
柱軸壓比限值規(guī)定偏高
梁柱可靠度的差異
 
 
現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁和樓板形成一個二維構(gòu)件單元,其平面內(nèi)剛度和強度要比一維的柱子構(gòu)件大得多,受力特征完全不同于柱。樓板對柱子形成雙向約束,在兩向水平地震作用下,柱截面處于復(fù)雜的雙向受力狀態(tài)，會降低柱的承載力。
 
樓板的影響
　　　樓板與框架梁一起現(xiàn)澆，兩者結(jié)合良好，共同工作能力強，可顯著提高框架梁的抗彎剛度和抗彎承載力
　　　主要體現(xiàn)在兩方面：
　　　梁端承受正彎矩時，樓板和框架梁共同組成T型截面，增加了框架梁的受壓區(qū)寬度，進而增加梁端抗彎承載力和抗彎剛度。
　　　梁端承受負彎矩時，樓板內(nèi)的配筋相當于增加了框架梁的負彎矩筋，會顯著增強框架梁的抗負彎矩承載力。
 
我國工程設(shè)計的一些實際做法是，在考慮樓板對框架梁抗彎剛度提高方面，一般將中梁和邊梁的剛度分別放大到原框架梁矩形截面剛度的2倍和1.5倍。
　　　框架梁抗彎剛度增大后，由結(jié)構(gòu)分析得到梁端彎矩相應(yīng)增大，但所增加的配筋全部配置在梁截面內(nèi)，樓板仍按自身受力另外配筋。
　　　而在計算 “強柱弱梁”條件時，通常不考慮樓板內(nèi)的鋼筋。
 
即使不考慮其它因素使框架梁超配，僅樓板配筋因素造成的超配，對大多數(shù)二級和三級框架，都會超出規(guī)范規(guī)定的柱端彎矩增大系數(shù)；
　　　如果考慮其它因素導(dǎo)致框架梁超配筋，則對一級框架也可能會不滿足強柱弱梁要求。
 
目前，考慮樓板影響時 “強柱弱梁”設(shè)計的兩種思路：
　　　一種是，計算梁截面抗彎承載力時不考慮樓板翼緣，代之以提高柱梁強度比，間接考慮樓板的貢獻。
　　　另一種是，維持現(xiàn)行規(guī)定的柱梁強度比值，而在計算梁截面抗彎承載力時，將樓板所提供的有效抗彎能力折算成一定有效翼緣寬度參與框架梁受彎。
　　　后一種方法可靠。
　　　有效翼緣寬度：一般取梁每側(cè)6倍板厚
 
梁柱剛度比過大，無法形成“強柱弱梁”的原因：
　　一是，當梁柱剛度比超過一定值，在水平側(cè)向力作用下，框架柱相對彎矩增幅會大于框架梁相對彎矩增幅（相對彎矩=M/Mu），框架柱會先于框架梁達到抗彎承載力而出鉸；
　　二是，當層間剪切變形達到一定程度后，即使框架柱端縱筋不屈服，柱端混凝土壓應(yīng)變也會達到極限壓應(yīng)變而發(fā)生破壞，導(dǎo)致柱端抗彎承載力降低。
　　再加上P-D效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)無法再形成“強柱弱梁”屈服機制。
 
端超配筋和鋼筋實際強度超強
在強震作用下，框架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)“強柱弱梁”的條件是，
                　　　SMcua≥SMbua
規(guī)范為簡化計算，用設(shè)計彎矩M代替實際受彎承載力Mua
 
《抗規(guī)》6.2.2條文說明指出，當梁端實配鋼筋不超過計算配筋10%的前提下，滿足(1a)式可在一定程度上減緩柱端的屈服。
　　因此，應(yīng)用(1a)式是有前提的，即梁端實配鋼筋不能超配過多。
 
導(dǎo)致梁端鋼筋超配因素
(1) 樓板中配筋未考慮。
(2) 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計算簡圖按構(gòu)件軸線考慮，計算梁端配筋時取柱軸線處計算彎矩，而在驗算(1a)式時，SMb取用梁端截面設(shè)計彎矩，則會造成“超配”。
 
導(dǎo)致梁端鋼筋超配因素
(1) 樓板中配筋未考慮。
(2) 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計算簡圖按構(gòu)件軸線考慮，計算梁端配筋時取柱軸線處計算彎矩，而在驗算(1a)式時，SMb取用梁端截面設(shè)計彎矩，則會造成“超配”。
(3) 框架梁配筋由裂縫或變形條件控制，而在(1a)式計算時， SMb仍取用梁端截面設(shè)計彎矩，也會造成“超配”。
(4) 梁底配筋由梁跨中正彎矩控制時，跨中梁底鋼筋過多伸入梁端柱內(nèi)錨固，導(dǎo)致梁端正彎矩鋼筋超配。
(5) 梁端實配鋼筋通常大于計算鋼筋，如超配10%，超過規(guī)范(1a)式的條件，也導(dǎo)致“超配”。
 
柱軸壓比限值規(guī)定偏高
　　這次地震中，框架結(jié)構(gòu)的柱子看上去大多太細，以致于框架柱極容易出鉸，甚至發(fā)生“折斷”
 
導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是，由于業(yè)主和建筑師總是希望柱子越小越好，因此框架柱截面尺寸往往都是緊扣軸壓比限值。
 
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010-2002）柱軸壓比限值定得過高，導(dǎo)致框架柱截面尺寸偏小，使得在以下幾方面降低實現(xiàn)“強柱弱梁”機制的可能性：
　　　(1) 框架柱截面尺寸偏小，框架柱端抗彎力臂較小，不利于保證柱端受彎承載力。
　　　(2) 正常使用狀態(tài)下，框架柱處于高受壓應(yīng)力，地震力作用下混凝土宜先達到極限壓應(yīng)變產(chǎn)生壓壞。這次震害調(diào)查中，看到的所謂柱端塑性鉸大多是混凝土壓壞和鋼筋壓屈現(xiàn)象，至于鋼筋是否受拉屈服，無法通過肉眼觀測確認。
　　　(3) 因軸壓比限值高，底部框架柱軸壓力已基本接近界限軸力，當遭遇罕遇地震，柱軸力會進一步增大，可能超過界限軸力而成為小偏壓，這會導(dǎo)致柱抗彎承載力的降低，使柱端實際受彎承載力不滿足(1)式要求。
 
梁柱可靠度的差異
　　在正常使用情況下，結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載，框架梁在彎矩作用下因各種因素影響而出現(xiàn)問題的現(xiàn)象較多。
而在正常使用情況下，框架柱主要以承受壓力為主，通常壓應(yīng)力值不大、彎矩也不大，出現(xiàn)問題的現(xiàn)象較少。
因此，工程中一般對梁的關(guān)注多于柱。
　　但地震作用下，框架柱是主要抗側(cè)力構(gòu)件，在地震引起的彎矩與軸壓力復(fù)合作用下，框架柱的問題才會暴露出來。