“强梁弱柱”震害及未能实现“强柱弱梁”的原因

6.2　“强梁弱柱”震害及未能实现“强柱弱梁”的原因

按照多层钢筋混凝土框架结构抗震概念设计的要求，框架结构应具有多道抗震防线，其中的一个原则是“强柱弱梁”。所谓“强柱弱梁”，就是指柱子不先于梁破坏。我们知道，梁的破坏属于构件破坏，是局部性的，而柱子的破坏则会危及整个结构的安全。若“强梁弱柱”型框架结构的底层柱上、下端出现塑性铰，将迅速导致结构的倒塌；反之，“强柱弱梁”型框架结构，在全部梁端出现塑性铰并迫使底层结构也出现屈服变形时，结构才会破坏。因此，“强柱弱梁”型结构至少存在两道抗震防线：一是从弹性到部分梁出现塑性铰，二是从梁塑性铰发生较大转动到柱根部破坏。在这两道防线之间，大量地震输入能量被结构的弹塑性变形所消耗。因此，结构设计时应达到“强柱弱梁”破坏形式的多道防线要求。但是2008年的汶川地震中，框架柱的破坏明显重于梁，柱端与节点的破坏较为突出，即所谓的“强梁弱柱”结构很普遍。

图6-5所示的建筑，其柱的端头混凝土被压酥，框架柱严重倾斜，柱的上端形成塑性铰，框架梁的破坏相对轻微。该种震害产生的原因是未按照“强柱弱梁”的抗震概念进行设计，柱内配筋量很少，箍筋间距过大，纵筋强度不够或者柱的截面过小，层刚度弱、轴压比超限等，使得结构在大震作用下弹塑性变形过大，形成楼层的柱铰屈服机制。

图6－5　框架结构梁柱节点破坏形成柱铰

造成地震区未实现“强柱弱梁”屈服机制的具体原因主要有以下几个方面：

1)在很多设计中，现浇楼板的平面外刚度被忽略，并通过提高梁的刚度来近似考虑楼层的刚度，这样会人为造成“强梁弱柱”。

2)梁柱节点是施工缝留设处，钢筋往往较多，给振捣带来困难，施工质量难以保证；有的节点区域内的柱箍筋没有放置，造成柱的破坏较重。

3)由于框架梁跨度大，所需截面尺寸及配筋较大，而且楼板对框架梁的刚度和承载力贡献也很大，使得设计时框架柱的截面尺寸偏小等，导致框架梁的实际刚度和承载力增大，因此出现“强梁弱柱”型的破坏形式。

4)填充墙等非结构构件的影响。填充墙对整体结构抗震性能的影响和作用有：①可作为整个结构系统的第一道抗震防线，首先破坏并耗散地震能量；②影响裸框架结构的内力分布，如：约束框架柱部分柱段的侧移变形，形成短柱，导致短柱剪切破坏，进而影响整体结构的破坏模式；③造成结构实际抗侧刚度分布不均匀，如：底框-上部砖混结构，会造成层刚度突变，无法实现“强柱弱梁”机制；又如：填充墙平面分布不均匀，造成结构平面刚度偏心，引起扭转效应。

其他如：围护结构和填充墙严重开裂和破坏；填充墙(或错层)造成短柱剪切破坏，梁柱节点区破坏；底部楼层侧移过大，并导致倒塌，等等。这些都改变了框架结构的整体受力机制，使整体结构难以形成“强柱弱梁”屈服机制，加剧了结构的地震破坏。

图6-6所示为玉树地震后发现的“强柱弱梁”现象，符合抗震设计理念。

图6－6　玉树地震中的“强柱弱梁”成功案例