一、概述 强柱弱梁指的是在地震作用下,使框架结构塑性铰出现在 梁端 的设计要求,用以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒塌。表现在设计阶段,就是对柱的设计弯矩人为放大,对梁不放大。其目的表现在调整后,柱的抗弯能力比之前强了,而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时,梁端可以先于柱屈服。由于各个时期人们对强柱弱梁认识的不断加强,其柱端弯矩增大系数也是不断增大的。
由上表可知,对于日常工作中常见的二级和三级框架而言,对柱端弯矩增大系数的要求逐步增大,特别是对于框架结构底层柱端而言增大幅度最大,比如对于二级框架,现行标准的要求是89版的1.64倍,是2001版的1.5倍,对于三级框架,现行标准的要求是89版的1.69倍,是2001版的1.35倍;对于框架结构的其它柱端而言,也有一定幅度的增大,比如对于二级框架,现行标准的要求是89版的1.36倍,是2001版的1.25倍,对于三级框架,现行标准的要求是89版的1.30倍,是2001版的1.18倍。其他类型结构中的框架柱的柱端弯矩变化相对较小,一般在1.1倍左右。
由以上对框架柱柱端弯矩增大系数的分析可知,由于规范变更,框架结构柱端弯矩增大系数变化较大,这意味着若按现行规范对按其他版本抗震设计规范设计的框架结构房屋进行鉴定,对于原设计富余量较小的房屋,其框架柱的承载力很可能不能满足要求,特别是对按2001年版本设计的房屋,按现行抗震鉴定标准,应按C类建筑进行鉴定,这种矛盾就特别突出。
为了解决这个问题,规范的编制者提出对于2001年版设计的房屋,可按原设计依据的标准进行抗震鉴定,但此时的后续使用年限按原设计使用年限减去房屋已经使用的年限或按鉴定后的后续使用年限45年考虑。该方法已经体现在中国建筑标准研究院编制的国家建筑设计标准图集《结构设计规范应用图示(抗震鉴定)》19G108-5中。
由以上分析可知,按国家抗震鉴定的方法进行鉴定,只要是符合原设计要求的房屋,其框架柱的抗震承载力一般都没有太大问题。
三、不同时期上海标准《建筑抗震设计规程》中框架柱柱端弯矩增大系数
将各个时期上海标准《建筑抗震设计规范》中框架柱柱端弯矩增大系数的规定列于下表中。
由上表可知,对柱端弯矩增大系数的要求,除个别工况外,上海标准与国家标准的要求基本一致。
然而,与国家抗震鉴定标准的承载力计算方法不同,上海抗震鉴定标准要求对于既有建筑抗震承载力的计算均按照现行规范进行,但对A类建筑和B类建筑的地震作用分别考虑0.8和0.9的调整系数,C类建筑不做调整。由前面的分析可知,现行标准相比其它时期,其柱端弯矩增大系数变化在1.2-1.7倍之间,这意味着,对于2010年以前建造的、原设计富余量较小的框架结构既有建筑,即使其满足原设计要求,其框架柱,特别是底层框架柱难以满足抗震鉴定承载力验算的要求。
最新版的《既有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021中为了解决这个问题,提出了一定的放松要求,即对于C类建筑的抗震措施可按《建筑抗震设计规程》DGJ08-9-2003适当降低要求,同时对于作用分项系数,区分了 2019 年之前和之后建造的现有建筑的取值方法,但由于其承载能力仍按现行上海市抗震设计标准的要求进行,工程实际表明,实际放松效果不明显。
因此,上海标准在承载力验算的要求相对严格,相比国家标准的要求要高出许多。对于按上海标准进行抗震鉴定,2010年前建造的框架结构,其框架柱特别是底层框架柱的抗震承载力难以满足要求,这是大家在日常工作中需要注意的问题。
知识点:“强柱弱梁”对抗震鉴定的影响