时至今日,网上还在讨论“中梁刚度放大系数的取值问题”,有某些人,甚至是软件编制人员也错误的认为,梁的刚度放大可以随着设计者的控制而变化,针对这种错误论点,我不断在论坛上批驳,有点像祥林嫂了,真不知道何日才能正气战胜歪风?算了,在自己的小天地里说说吧,准备过一段时间整理一下写成论文。如有人引述,希望注明出处,算给本人论文留点素材,谢谢!
经验丰富的设计者或审图人不一定都理解结构的原理和概念,甚至规范条文也未必能完全体现事物的本质规律!
先说几种错误观点:
1.“只有计算位移时,才考虑梁刚度放大系数,计算内力时不考虑,是因为梁的刚度放大后,其内力增大,配筋增大,从而使其承载力得到提高……有可能由强柱弱梁转换为强梁弱柱(计算位移等指标时刚度放大取2,配筋等计算时取1)”这是“承载力问题转移到内力分析阶段解决”!2.“因为梁的刚度放大后,其分配内力增大,配筋增大...",内力不会因为一个系数的变化而变化,设计截面决定受力,所谓内力变化仅是建立的力学模型上的变化,不是实际内力的变化。即使仅在力学上,梁的刚度放大后,竖向荷载作用下的梁端弯矩会减小。地震力不会因为你设个1.0的系数而变小的,它和结构形式和截面有关,不和你设系数多少有关。是先有力,才有配筋。3.“受压时考虑楼板对梁的刚度放大,受拉时不考虑”。内力计算时考虑刚度放大,是和截面有关,T型截面刚度无论是受压还是受拉,基本上就是n倍矩形截面刚度。
4.“我们计算的内力是T型梁的内力,而我们进行梁的配筋时,用T型梁的内力计算矩形梁的配筋,使矩形梁的配筋增大,然而实际破坏模型中再一次考虑了楼板翼缘的参与;这种情况会进一步加剧柱铰的形成”,并没有重复考虑翼缘作用,翼缘和楼板配筋不是一个概念,考虑翼缘刚度作用是结构分析阶段,考虑板筋是承载力分析阶段;按这种思路,梁截面和梁配筋也是重复考虑了!
从本质说,“梁的刚度放大”和“强柱弱梁”没有关系,和梁柱的刚度也没关系。强柱弱梁是强度要求,刚度放大是客观事实。要保证强柱弱梁,承载能力是关键,刚度或线刚度没有意义。
1.在弹性阶段,板及板中钢筋参与结构整体受力是事实,“梁的刚度放大”的目的是为了在整体计算中体现楼板参与而做的一种简化——就如在计算无梁楼盖是采用条板法分析是一个意思,是种由多维分析向三维或二维分析在力学上的简化措施。
2.强柱弱梁是抗震的一项基本要求,一种为大部分人所接受的“先局部,保整体”顺序破坏的概念。强柱弱梁是我们设计的“目的”,而不是“手段和过程"!
3.就目前一般的弹性设计来看,“梁的刚度放大”是必须的,和强柱弱梁没有交叉点,因为刚度客观存在,也是内力分析前、刚度矩阵形成的前提,强柱弱梁是我们的目的,前提不影响结果(目的)。而这个前提是不能随设计者意志力为转移。
4.加大柱的断面和配筋(柱的客观刚度)并不能决定强柱弱梁的形成,强柱弱梁是靠梁柱实际的承载能力比来实现的!理论上,无论刚度比多大的梁柱,通过调整梁柱配筋和断面都可以实现强柱弱梁。当然,傻瓜才去这样做!但事实上,无论从哪期规范看,它没阐述清楚这个基本概念。
5.轴压比不是越小越好,保证合理的轴压比,一定程度上对柱的抗剪及抗弯有利。
对“柱铰机制”形成的理解:
放大梁的刚度,梁所分配的弯矩增大(这实际应为T型截面的梁+板共同承受),但配筋时只配在梁上,不考虑板的作用,梁的实际承载力大大提高;(抗震中的强柱弱梁概念就此被部分破坏,塑性铰发生在梁上可能趋势减小,柱先于梁被破坏的趋势增强)
梁超强(或强梁弱柱)的原因不是梁刚度的放大,而是楼板钢筋的参与。梁刚度放大是在内力分析阶段讨论的问题,是种客观存在(楼板不配筋也存在),而楼板钢筋参与负弯矩分配是承载力的节点分析阶段讨论的问题。
内力分析后应用于配筋的应该是:M柱≥η(M梁+M板),
承载力阶段“梁”配筋时采用(M梁+M板)、板筋照配,
造成实际“广义梁端”承载力为(M梁+M板+M板2),
形成M柱<η(M梁+M板+M板2),“柱铰机制”形成。
内力分析阶段的梁刚度不放大,柱配筋的承载力ηM梁1与梁刚度放大下的柱配筋的承载力ηM梁2比较是偏大的,
但依然不能保证:ηM梁1≥η(M梁2+M板)
即柱实际承载力≯理论强柱弱梁下柱承载力:弯矩放大*(放大梁刚度后梁端配筋+楼板参与钢筋)。
“强度计算时梁的刚度不放大”的误导源于部分软件设置和部分编制人的错误理解,“强梁弱柱”的形成有很大一部分原因是因为这一点,理论模型建立的问题如果转移到工程配筋里去解决是根本性的“本末倒置”。可笑的是部分软件编制人还勾结规范修改组人员,在规范宣讲和软件培训中错误传播这种论调,可悲!
搞规范的如果有点正事,去仔细考虑一下该如何考虑楼板配筋的参与作用,而不是一味加大柱配筋和断面,就像“福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定第六条一样”,有点可行性和可操作性。福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定。(其实也不是完全合理,但去想总比拍脑袋强。针对结构设计,这里应该对梁配筋用减法,柱承载力是广义梁端承载力的η倍)
其实基本原理都懂,但没人静下心来认真搞搞实验,大部分专家都喜欢坐在椅子上分析或者和忙着参考国外规范对比。为了和人家结果统一和保险,在柱承载能力上乘个越来越大的放大系数,通过机器上的推覆一分析,呵呵,这个可以了,就这么定吧!可怜的“构件设计规范”终于能体现一部分结构体系的内容了,但做的还远远不够。或者说,智慧的参与少于计算机的参与,理论竟然大于实践!
针对“强柱弱梁”两个方法来解决:
1.如抗规一样,采取梁端弯矩放大系数法,和过去规范一脉相承,比较容易被接受,也易被掌握。但缺点是没法针对具体工程量化,比如大跨梁、厚板、短梁,其系数如果都相同是及其不合理的。
2.强度比关系法,概念上更清晰,而且我们的一级9度验算也是这样执行的。取得梁超配筋增加的承载力与柱配筋关系式,根据梁的实际承载力(含板)来调整柱的计算配筋(承载力)。应该考虑翼缘影响再算弹性M,这里的翼缘影响不是指钢筋,截面和是否板配筋没关系,板钢筋是翼缘受力的承受者和起骨架作用。
理想梁端负弯矩力学模型和配筋是:
一、内力分析中根据具体截面情况,分段采用不同的截面影响系数(即所谓刚度放大),得出M值。(宜考虑至柱边)
二、根据M配筋,配筋应减去影响翼缘中的板钢筋。
三、柱端配筋强度大于广义梁端强度,以保证梁铰先于柱铰出现。至于是否设一个大于1的η系数,就看试验数据支持或者制定规范的老先生们的保守程度了。