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摘要：针对目前钢筋混凝土结构梁、柱及节点在抗震设计中的相关问题，如梁柱的尺寸，柱子的轴压比以及“强柱弱梁”“强剪弱弯”的原则，进行了论述，并就设计中要注意的问题进行分析。
关键词：框架结构；梁、柱及节点；抗震设计
框架结构具有空间大、布局灵活等特点，目前已经越来越多地被采用，框架结构设计相对来讲比较复杂，尤其是在地震区，规范要求更加严格。作为设计者应该做到既熟悉规范，又掌握有关的理论依据，这样才能较好地完成设计。
一、框架柱设计
框架柱作为竖向承重构件，承载着整个结构的全部竖向荷载和由水平力引起的附加荷载，是十分重要的构件。设计中一般采用方形或圆形截面，规范规定，矩形截面柱一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于400 mm，抗震等级为四级或层数不超过2层时，其最小截面尺寸不宜小于300mm；圆柱的截面尺寸，一、二、三級抗震等级且层数超过2层时不宜小于450mm，抗震等级为四级或层数不超过2层时不宜小于350mm；柱截面长边与短边的边长比不宜大于3。确定柱截面尺寸时，应考虑到柱子的净高，以免形成短柱（柱净高H与柱截面长边之比小于4）。短柱由于线刚度较大，在地震作用下，其延性差，容易产生剪切破坏，严重影响框架结构的抗震性能。因此，在抗震设计中应尽可能不出现短柱。但是在实际工程中，完全不出现短柱也是不可能的，比如在楼梯间处、设备夹层处等部位，必然会出现短柱。此时设计中要采用有效措施提高柱子的延性和抗剪能力，规范要求抗震设计中短柱的箍筋应沿柱全高范围加密，从而减轻地震作用对短柱的危害。
框架柱的延性还与柱的轴向压力有关，实验和地震灾害表明，柱轴向压应力过大，柱的延性变差，容易出现脆性破坏，所以设计中应限制柱的轴向压应力，要满足规范中对柱子轴压比的要求：
uN=Nc/Acfc
式中：Nc—柱轴压力组合设计值；
Ac—柱截面全面积；
fc—柱混凝土抗压强度设计值。
从式中不难看出，框架柱轴压比的大小取决于柱子轴向压力、柱子截面尺寸和混凝土的强度等级，所以设计中可以通过调节柱子的轴向压力Nc，增加柱子截面尺寸Ac和混凝土的强度等级fc来满足柱子轴压比的要求。实际设计中，柱子的轴力和截面尺寸往往受建筑设计的约束，所以采用较高强度等级的混凝土是有必要的。
在受力状态方面，框架柱一般为偏心受压构件，有时出现偏心受拉，其承载力按《混凝土结构设计规范》的有关规定进行计算。应该强调的是以下几个方面：
1.框架结构的角柱受力比较复杂，不仅有弯矩、剪力、轴力作用，而且往往还有扭矩作用，在地震作用下处在最不利的位置，为此设计时要进行加强，以保证角柱具有足够的抗震能力，这一点体现在规范中，即要求各级抗震等级的角柱组合弯矩设计值、剪力设计值在调整的基础上再乘以不小于1.1的增大系数。
2.框架结构计算嵌固端所在层即底层的柱下端过早出现塑性屈服，将影响整个结构的抗地震倒塌能力。为了避免框架结构柱下端过早屈服，规范要求对各级抗震等级的框架结构的底层柱下端截面组合弯矩设计值乘以增大系数，以确保整体稳定和安全。
3.框架设计应坚持“强柱弱梁”的原则，即要求柱子的强度大于框架梁，当地震作用时，塑性铰应在梁端形成而不是在柱端，一旦塑性铰出现在柱端而不是梁端，则结构很可能发生整体倒塌，所以设计时，应加大柱端的设计弯矩，保证柱端弯矩大于梁端弯矩。规范中要求对各级抗震等级的框架柱都乘以1.2～1.5的增大系数。
4.对框架柱进行抗剪承载力设计时应坚持“强剪弱弯”的设计原则，也就是地震时设法使构件不发生剪切破坏，而是先出现塑性铰。剪切破坏是一种脆性破坏，震害很严重，相反如果地震时，先出现塑性铰，结构可以发生塑性变形，良好的延性可以消耗大量的能量，对维护结构的整体稳定是有利的。在设计中抗剪设计的安全储备要大于抗弯设计。框架柱的抗剪承载力由三部分组成，分别是混凝土承受部分剪力，箍筋承受部分剪力和由轴向压力产生的部分。当柱子受压时，可以提高柱子混凝土的抗剪能力；当柱子受拉时，则会较大地削弱柱子混凝土的抗剪能力。
二、框架梁设计
框架梁作为水平承重体系的杆件，在承受楼板传来的竖向荷载的同时，还要承受由于水平地震作用产生的弯矩和剪力。设计中一般将梁的高跨比控制在1/8～1/12之间，不宜设置梁净跨与截面高度之比小于4的梁。这样的梁由于线刚度较大，很容易在地震中发生脆性破坏。有些设计中为了便于施工，出现小跨度框架梁与大跨度框架梁取相同截面的情形，这时很容易出现前面所述的刚度很大的梁，设计中应避免出现这种问题。
在框架梁的设计中，为了保证梁在地震作用下具有足够的延性，能发生充分的塑性变形，对梁截面的混凝土受压区高度要加以控制，即x/h0≤ξb（一级抗震等级ξb=0.25，二、三级抗震等级ξb=0.35）。另外，框架梁截面还应满足抗剪承载力的构造要求，以保证梁的混凝土部分具有一定的承载能力。这些规定都是为了使梁在地震力的作用下，具有一定的延性。
规范对框架梁考虑地震组合的受剪截面作了如下规定：
当跨高比大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤1/γRE（0.20βcfcbh0）
当跨高比不大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤1/γRE（0.15βcfcbh0）
三、框架节点设计
框架节点是框架柱和框架梁纵横交汇的部位，其受力较大，而且内部应力分布复杂，应力集中。同时在框架节点处，梁柱钢筋互相交错施工难度大，施工质量不易保证。历次地震调查也表明，节点区常常产生严重破坏。所以设计中应十分重视节点设计，即遵照“强节点、强锚固”的原则。
规范要求只对一、二、三级抗震等级的框架进行节点核心区抗震受剪承载力进行验算，四级抗震等级的框架节点可不进行计算，但应符合抗震构造措施的要求。
节点核心区的计算主要是进行抗剪承载力计算，节点不同于梁、柱等杆件，它实际上是一个由梁、柱围合而成的一个混凝土块体，梁端和柱端传来的弯矩、剪力、轴力甚至包括扭矩共同作用在这里，使其受力变得很复杂。规范要求节点的剪力设计值应根据抗震等级和不同部位进行计算。
框架的节点核心区尺寸实际上是由梁、柱的截面尺寸所限定的。为了保证节点具有较大的尺寸，设计中梁和柱的截面尺寸不宜过小，以保证节点具有足够的承载力。另外，从施工角度来讲，如果节点区太小，必然会造成区内钢筋过于密集，给施工造成很大困难，施工质量难以保证，设计中应考虑到这一问题。
结束语：
随着我国经济的发展以及人民对于美好生活的向往，框架结构房屋以其比砌体结构房屋具有较高的承载力，较好的延性和整体性、抗震性，越来越多地应用于工业和民用建筑中，作为一个结构设计者，只有熟练掌握规范和理论知识，才能设计出安全，适用、耐久的建筑。
关键词：框架结构；梁、柱及节点；抗震设计
框架结构具有空间大、布局灵活等特点，目前已经越来越多地被采用，框架结构设计相对来讲比较复杂，尤其是在地震区，规范要求更加严格。作为设计者应该做到既熟悉规范，又掌握有关的理论依据，这样才能较好地完成设计。
一、框架柱设计
框架柱作为竖向承重构件，承载着整个结构的全部竖向荷载和由水平力引起的附加荷载，是十分重要的构件。设计中一般采用方形或圆形截面，规范规定，矩形截面柱一、二、三级抗震等级且层数超过2层时不宜小于400 mm，抗震等级为四级或层数不超过2层时，其最小截面尺寸不宜小于300mm；圆柱的截面尺寸，一、二、三級抗震等级且层数超过2层时不宜小于450mm，抗震等级为四级或层数不超过2层时不宜小于350mm；柱截面长边与短边的边长比不宜大于3。确定柱截面尺寸时，应考虑到柱子的净高，以免形成短柱（柱净高H与柱截面长边之比小于4）。短柱由于线刚度较大，在地震作用下，其延性差，容易产生剪切破坏，严重影响框架结构的抗震性能。因此，在抗震设计中应尽可能不出现短柱。但是在实际工程中，完全不出现短柱也是不可能的，比如在楼梯间处、设备夹层处等部位，必然会出现短柱。此时设计中要采用有效措施提高柱子的延性和抗剪能力，规范要求抗震设计中短柱的箍筋应沿柱全高范围加密，从而减轻地震作用对短柱的危害。
框架柱的延性还与柱的轴向压力有关，实验和地震灾害表明，柱轴向压应力过大，柱的延性变差，容易出现脆性破坏，所以设计中应限制柱的轴向压应力，要满足规范中对柱子轴压比的要求：
uN=Nc/Acfc
式中：Nc—柱轴压力组合设计值；
Ac—柱截面全面积；
fc—柱混凝土抗压强度设计值。
从式中不难看出，框架柱轴压比的大小取决于柱子轴向压力、柱子截面尺寸和混凝土的强度等级，所以设计中可以通过调节柱子的轴向压力Nc，增加柱子截面尺寸Ac和混凝土的强度等级fc来满足柱子轴压比的要求。实际设计中，柱子的轴力和截面尺寸往往受建筑设计的约束，所以采用较高强度等级的混凝土是有必要的。
在受力状态方面，框架柱一般为偏心受压构件，有时出现偏心受拉，其承载力按《混凝土结构设计规范》的有关规定进行计算。应该强调的是以下几个方面：
1.框架结构的角柱受力比较复杂，不仅有弯矩、剪力、轴力作用，而且往往还有扭矩作用，在地震作用下处在最不利的位置，为此设计时要进行加强，以保证角柱具有足够的抗震能力，这一点体现在规范中，即要求各级抗震等级的角柱组合弯矩设计值、剪力设计值在调整的基础上再乘以不小于1.1的增大系数。
2.框架结构计算嵌固端所在层即底层的柱下端过早出现塑性屈服，将影响整个结构的抗地震倒塌能力。为了避免框架结构柱下端过早屈服，规范要求对各级抗震等级的框架结构的底层柱下端截面组合弯矩设计值乘以增大系数，以确保整体稳定和安全。
3.框架设计应坚持“强柱弱梁”的原则，即要求柱子的强度大于框架梁，当地震作用时，塑性铰应在梁端形成而不是在柱端，一旦塑性铰出现在柱端而不是梁端，则结构很可能发生整体倒塌，所以设计时，应加大柱端的设计弯矩，保证柱端弯矩大于梁端弯矩。规范中要求对各级抗震等级的框架柱都乘以1.2～1.5的增大系数。
4.对框架柱进行抗剪承载力设计时应坚持“强剪弱弯”的设计原则，也就是地震时设法使构件不发生剪切破坏，而是先出现塑性铰。剪切破坏是一种脆性破坏，震害很严重，相反如果地震时，先出现塑性铰，结构可以发生塑性变形，良好的延性可以消耗大量的能量，对维护结构的整体稳定是有利的。在设计中抗剪设计的安全储备要大于抗弯设计。框架柱的抗剪承载力由三部分组成，分别是混凝土承受部分剪力，箍筋承受部分剪力和由轴向压力产生的部分。当柱子受压时，可以提高柱子混凝土的抗剪能力；当柱子受拉时，则会较大地削弱柱子混凝土的抗剪能力。
二、框架梁设计
框架梁作为水平承重体系的杆件，在承受楼板传来的竖向荷载的同时，还要承受由于水平地震作用产生的弯矩和剪力。设计中一般将梁的高跨比控制在1/8～1/12之间，不宜设置梁净跨与截面高度之比小于4的梁。这样的梁由于线刚度较大，很容易在地震中发生脆性破坏。有些设计中为了便于施工，出现小跨度框架梁与大跨度框架梁取相同截面的情形，这时很容易出现前面所述的刚度很大的梁，设计中应避免出现这种问题。
在框架梁的设计中，为了保证梁在地震作用下具有足够的延性，能发生充分的塑性变形，对梁截面的混凝土受压区高度要加以控制，即x/h0≤ξb（一级抗震等级ξb=0.25，二、三级抗震等级ξb=0.35）。另外，框架梁截面还应满足抗剪承载力的构造要求，以保证梁的混凝土部分具有一定的承载能力。这些规定都是为了使梁在地震力的作用下，具有一定的延性。
规范对框架梁考虑地震组合的受剪截面作了如下规定：
当跨高比大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤1/γRE（0.20βcfcbh0）
当跨高比不大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：
Vb≤1/γRE（0.15βcfcbh0）
三、框架节点设计
框架节点是框架柱和框架梁纵横交汇的部位，其受力较大，而且内部应力分布复杂，应力集中。同时在框架节点处，梁柱钢筋互相交错施工难度大，施工质量不易保证。历次地震调查也表明，节点区常常产生严重破坏。所以设计中应十分重视节点设计，即遵照“强节点、强锚固”的原则。
规范要求只对一、二、三级抗震等级的框架进行节点核心区抗震受剪承载力进行验算，四级抗震等级的框架节点可不进行计算，但应符合抗震构造措施的要求。
节点核心区的计算主要是进行抗剪承载力计算，节点不同于梁、柱等杆件，它实际上是一个由梁、柱围合而成的一个混凝土块体，梁端和柱端传来的弯矩、剪力、轴力甚至包括扭矩共同作用在这里，使其受力变得很复杂。规范要求节点的剪力设计值应根据抗震等级和不同部位进行计算。
框架的节点核心区尺寸实际上是由梁、柱的截面尺寸所限定的。为了保证节点具有较大的尺寸，设计中梁和柱的截面尺寸不宜过小，以保证节点具有足够的承载力。另外，从施工角度来讲，如果节点区太小，必然会造成区内钢筋过于密集，给施工造成很大困难，施工质量难以保证，设计中应考虑到这一问题。
结束语：
随着我国经济的发展以及人民对于美好生活的向往，框架结构房屋以其比砌体结构房屋具有较高的承载力，较好的延性和整体性、抗震性，越来越多地应用于工业和民用建筑中，作为一个结构设计者，只有熟练掌握规范和理论知识，才能设计出安全，适用、耐久的建筑。