5.2梁抗弯强度和纵向钢筋

在设计荷载下对建筑物进行分析，以确定位于梁端的梁塑性铰处所设计弯矩。图5-1说明了预期的塑性铰位置以及通过分析所需荷载组合下的框架获得的典型弯矩包络线。在每个塑性铰位置，以及对于正弯矩和负弯矩，梁截面的设计应确保设计抗弯强度至少等于使用适当荷载组合系数计算的设计弯矩，即，φM_n≥ M_u. 

图5-1设计弯矩强度必须至少与预期塑性铰位置的设计弯矩

与板整体浇筑的梁的抗弯强度

如果板与梁整体浇筑，则板充当翼缘，增加梁的抗弯刚度和强度。根据弯矩的方向，板既可以用作受压翼板，也可以用作受拉翼板。ACI318没有明确说明如何在抗震设计中说明这种T形梁的性能，从而造成歧义，并导致不同设计公司的不同做法。一种做法是根据规范规定设计弯矩确定梁的尺寸，仅考虑梁腹板内的纵向钢筋。另一种做法是根据该弯矩确定梁的尺寸，包括腹板的纵向钢筋和ACI318§6.3.2中规定的有效翼缘宽度。无论最初采用何种方法确定梁的尺寸，当梁弯矩使板处于受拉状态时，翼缘钢筋可以用做受弯钢筋。ACI318§18.7.3.2要求将该板钢筋视为梁纵向受拉钢筋，以计算柱和梁的相对强度。

一旦梁截面确定，可根据预期材料特性和选定横截面确定梁的塑性抗弯强度。为此，ACI 318使用可能的抗弯强度Mpr。根据常规弯曲理论计算可能的弯矩强度，考虑到设计横截面，使用φ=1.0，并假设钢筋屈服强度等于1.25fy。可能弯矩强度用于确定梁抗剪强度、梁柱节点强度和柱强度的要求，作为承载力设计过程的一部分。由于其他框架构件的设计取决于提供的梁抗弯强度，因此设计师应注意将过剩承载力降至最低。

可能弯矩强度M_pr

ACI318将可能的弯矩强度Mpr定义为构件的抗弯强度，包括或不包括轴向荷载，根据构件在节点面处的特性确定，假设纵向钢筋中的拉伸应力为“至少1.25fy”，其中fy为钢筋的标准屈服强度，强度折减系数φ为1.0。很少使用大于1.25fy的假定屈服强度。因此，本书假定该值始终为1.25fy。通常使用应变兼容性和钢应力–应变关系的通常假设来计算Mpr，该关系与屈服强度1.25fy呈线性关系，对于屈服点以外的应变，应力的恒定值为1.25fy。对于梁1.25Mn可以很好地近似于Mpr。Mpr是对梁或柱中可能产生的弯曲超强，用于估计发生弯曲屈服时结构其他部分的力的需求。

美国常用钢筋的平均屈服强度比标准值（f）高出约15%，且实际抗拉强度为实际屈服强度的1.5倍并不罕见。因此，如果钢筋在地震期间承受大应变，则应力可能远高于1.25fy。但这种影响很可能被建筑物其余部分固有的超强抵消。ACI318中的系数1.25是根据所有这些影响确定的。

除了提供所需的强度外，纵向钢筋还必须满足图5-2所示的要求。尽管ACI 318§18.6.3允许配筋率高达0.025，但0.01对于可施工性和将节点抗剪力保持在合理范围内更为实用。

设计师还需要指定钢筋塔接和钢筋切断的要求。如果使用搭接接头，则搭接接头应位于距离可能发生弯曲屈服的临界截面至少2h_b的位置（图5-2）。机械接头（如使用）应为2型；尽管ACI318§18.6.3.4允许在任何位置进行这些操作，但最好将其放置在距离可能发生弯曲屈服的临界截面至少2h_b的位置。

图5-2梁纵向钢筋要求。

.图5-3梁纵向钢筋避免拼接布置

图5-3显示了梁纵向钢筋的可选配置方法，该方法通过沿相邻跨度相互错开钢筋切断避免搭接。钢筋延伸长度l_t使用梁的常用钢筋端部要求（ACI 318§9.7.3）确定。

特殊抗弯框架设计的一个目标是将屈服限制在梁的特定构造长度。如图5-4（a）所示，如果梁相对较短和/或重力荷载相对较低，产生的重力荷载弯矩与抗震设计弯矩相比较小，则梁屈服可能发生在梁柱节点附近的梁端。当这种情况发生时，随着建筑物前后摇摆，梁塑性铰经历反向屈服循环。这是预期的和可取的行为。

相反，如果跨度或重力荷载相对较大，与抗震设计弯矩相比，产生较大的重力荷载抗弯，则可能导致不太理想的性能，如图5-4（b）所示。当梁在地震作用下变形时，柱面处的负弯矩和远离柱面处的正弯矩要求达到塑性弯矩强度，变形的形状如图所示。在反转时，同样的情况发生，但在另端相反。在这种情况下，梁塑性铰不会反转，而是继续建立旋转。这种行为导致塑性铰的旋转逐渐增加。对于持续时间较长的地震，旋转可能非常大，楼板的竖向位移可能超过可用值。

如果选择梁的可能弯矩强度满足以下要求，则可以避免这种不良行为：

该表达式适用于两端抗弯强度几乎相等，且抗弯强度沿跨度变化不大的常见情况。对于其他情况，需要从第一原则确定该机制。