为什么在框架结构体系中柱的混凝土强度等级比梁高？

Question

如题所述

Answer 1

竖向荷载的确是由框架柱来承担，但是水平荷载事实上也是由框架柱来承担的。想象一下，你和朋友面对面站好，手臂伸直，互相推对方，脚不能动，看谁先把谁推倒。为了保证自己不被推倒，胳膊再强壮有用吗？事实上，起作用的是腰部和腿部力量。
框架结构也是一样，框架柱是腿，框架梁是胳膊。为了不被地震推倒，所有的地震剪力都要由框架柱来承担。
简单按底部剪力法和反弯点法来理解，每层的地震剪力由框架柱承担，由地震剪力和反弯点位置可以确定柱端弯矩，每个梁柱节点处，上柱柱底和下柱柱顶的弯矩是不平衡的，这个不平衡弯矩由该节点的框架梁承担，这也就是所谓的“框架”作用。
在地震作用下，每层承受的层水平力，从下往上依次增加。累计起来的地震剪力，则是从上往下依次递增。因此，一般而言，顶层的梁柱受力最小，底层的梁柱受力最大。
而框架柱的情况则完全不同。水平荷载作用下，底层受力最大，顶层最小；而竖向荷载作用下，同样是底层受力最大，顶层最小。也就是说，底部几层的框架柱承受着竖向荷载引起的最大的轴力和水平荷载引起的最大的弯矩。因此，这个部位的框架柱必须要加强。
实际设计中，需要用轴压比这个概念来控制框架柱的设计。也就是说，框架柱实际承受的竖向轴压力与它的混凝土部分理论上可以承受的最大轴压力的比值。各个抗震等级的框架柱的轴压比都有严格的限值。之所以要控制轴压比，让柱子承受的轴压力远远小于它可以承受的轴压力，就是让它留有充足的余量，保证足够的延性，进而保证它在水平荷载作用下有较好的表现。
其实这个也很好理解，柱子从上到下，肯定是越往下承受的荷载越大，所以底下的柱子应该比上面的结实。有两个方法可以让下面的柱子比上面的结实。其一是扩大截面，就是强度不变，让底下的柱子比上面的柱子粗大，所以就结实了。其二则是提高强度等级，截面不变，粗细都一样，但是底下的柱子强度比上面的柱子要高，所以也变结实了。
扩大截面的缺点很多，建筑布局会受到影响，而且建筑实用面积会减少。此外，截面扩大后结构抗侧刚度会提高，继而会吸收更多的地震力，形成恶性循环，“面多了加水，水多了加面”，非常不合理。
提高混凝土强度等级则没有这些缺点，在不扩大截面尺寸、不改变结构刚度的前提下，比较方便的就能够满足轴压比的要求。每一层的建筑布局也能够保持一致。而且，提高混凝土强度等级，对经济性的影响很小，高强度等级的混凝土比低强度等级的价钱贵不了多少。因此，这也是最常用的方法。
并不是所有框架柱混凝土强度等级都大于跟它相连的框架梁的，简单说，只要框架柱能够满足轴压比即可，混凝土强度等级太高了也没必要。梁C30，柱如果C30也能满足轴压比的要求的话，那就梁柱都C30就可以。“强柱弱梁”说的是实际承载力，跟截面尺寸、配筋大小直接相关，与混凝土强度等级关系不大。Mbua的计算公式中，根本没有混凝土强度等级这一项。
举例来说，一个比较高的框架结构，梁板柱混凝土等级很可能会是这样的：
底部几层 柱C50 梁C40 板C30
中间几层 柱C40 梁C30 板C30
顶部几层 柱C30 梁C30 板C30而一个普通的框架结构，梁板柱混凝土等级则可能是这样的：
底部几层 柱C40 梁C30 板C30

Answer 2

地震是水平力。柱子受到剪切，而相对于梁是平行的水平力。

同时考虑楼的惯性（质量越大，惯性越大）地壳横向移动时候，而上部还没有开始运

动。