鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能探討

柯秋鴻　陸偉文

【摘 要】 材料工程學(xué)是建筑行業(yè)研究的重點內(nèi)容，在長期施工實踐及材料配制中已取得了先進(jìn)的成果。本次分析了鋼筋混凝土材料的應(yīng)用特點，對其框架中節(jié)點抗震設(shè)計提出了合理化建議。

【關(guān)鍵詞】 混凝土；框架；節(jié)點抗震；性能

鋼筋混凝土是現(xiàn)代建筑物廣泛使用的材料，其改變了過去單一組合形式的建筑物體，增強了整個建筑的耐久性能。為了更好地利用鋼筋混凝土，施工單位應(yīng)注重鋼筋結(jié)構(gòu)抗震性能的控制，加強節(jié)點施工質(zhì)量的控制與維護(hù)，避免因節(jié)點薄弱而發(fā)生質(zhì)量病害現(xiàn)象。

一、鋼筋混凝土的特點

早期建筑行業(yè)普遍采用混合料作為施工材料，舊混凝土多數(shù)采用膠凝材料與集料膠等配合成符合材料，基本滿足了簡單結(jié)構(gòu)的建筑使用要求?；诓牧瞎こ虒W(xué)指導(dǎo)下，混凝土材料開始植入鋼筋作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，利用鋼筋網(wǎng)或單個構(gòu)件實施加強處理，保證了鋼筋混凝土的應(yīng)用性能。鋼筋混凝土的特點：

1、牢固性。單一混凝土僅利用膠結(jié)料、粗細(xì)集料等原材料，按照行業(yè)規(guī)定比例混合而成，這種混合料改變了過去水泥材料筑造的缺陷，從某種程度上增強了建筑結(jié)構(gòu)的使用價值。經(jīng)過一段時間的施工改造，建筑行業(yè)研制了性能更好的應(yīng)用材料，鋼筋混凝土成為了功能級別更高的框架體[1]。此種混凝土選配相同質(zhì)地的鋼筋作為配合物質(zhì)，植入普通混合料中加工處理，綜合改善了混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性，從局部結(jié)構(gòu)改善了混凝土的使用功能。

2、耐久性。對于鋼筋混凝土來說，其耐久性特點表現(xiàn)于建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，因添加了鋼筋材料為框架支護(hù)體，建筑物使用壽命得到了顯著的改善，如表1。從表中可以看出，無論是大、中、小型建筑物，試驗勘測數(shù)據(jù)都顯示，建筑物應(yīng)用鋼筋混凝土材料后的壽命得到延長，壽命誤差范圍5-10年，這說明植入了鋼筋，框架的耐久性得到增強。

3、靈活性。鋼筋安裝使用具有很強的靈活性，不僅適用的建筑范圍廣闊，且不易受到外在條件變化而發(fā)生性能的改變。近年來，國內(nèi)70%以上的建筑物倡導(dǎo)使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，涉及到商用建筑、民用建筑等主要工程范圍，不僅現(xiàn)場施工的操作流程便捷，鋼筋后期的使用性能更為優(yōu)越。例如，選用高強受力性能的鋼筋作為支撐體，減小了建筑物本身的自重，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承受的重力荷載更大。

二、影響鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能的因素

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計上，“強剪弱彎，強柱弱梁，更強節(jié)點”已經(jīng)成為工程界的共識。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下，通過塑性耗能機構(gòu)避免在較強的地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷和在更強地震作用下發(fā)生危及生命安全的局部或整體失效。影響節(jié)點抗震性能的主要因素有：

1、節(jié)點的配箍率。實驗發(fā)現(xiàn)提高節(jié)點水平箍筋配箍率能有效提高節(jié)點抗震性能；當(dāng)配箍率達(dá)到一定大小后對節(jié)點抗震性能提高作用將不再明顯[2]。另外，節(jié)點豎向箍筋對框架節(jié)點的抗剪能力也有貢獻(xiàn)。相反，節(jié)點的配箍率不合標(biāo)準(zhǔn)，也會破壞混凝土的抗震能力。

2、節(jié)點區(qū)縱筋的錨固長度。錨固長度過小會降低節(jié)點的抗剪強度，使節(jié)點發(fā)生錨固破壞。許多工程實踐證明，節(jié)點區(qū)錨固長度過小，混凝土抗震性能減弱30%-40%，屬于一種潛在的病害風(fēng)險。因此，錨固長度需要大于一定的范圍才可保證節(jié)點抗剪強度的充分發(fā)揮，這對于鋼筋混凝土框架的抗震能力產(chǎn)生很大的作用。

3、直交梁。鋼筋加入混凝土材料中的優(yōu)越性明顯，從牢固性、耐久性、靈活性等方面，可看出其獨特的建筑性能。實驗表明，直交梁對框架節(jié)點核心區(qū)的混凝土具有約束作用，能夠提高框架節(jié)點的抗剪承載力。設(shè)置直交梁可以擴(kuò)大鋼筋混凝土框架的整體性能，避免外界受力狀態(tài)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞，維持了鋼筋混凝土框架功能的正常發(fā)揮。

4、梁柱的受力特征和承載能力。梁柱的受力特征和承載能力對節(jié)點抗震性能的影響很復(fù)雜，如：柱的軸壓比僅在一定范圍內(nèi)可增加節(jié)點延性；剪壓比和節(jié)點配箍率的影響，這為節(jié)點抗震設(shè)計提供了更多的指導(dǎo)[3]。

5、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的延性是反映結(jié)構(gòu)在荷載作用下，進(jìn)入非線性狀態(tài)后在承載力沒有顯著降低情況下的變形能力。對于延性大的結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)生的塑性變形也大，但永久變形太大，結(jié)構(gòu)可能在重力作用下引起坍塌，也可能使結(jié)構(gòu)的損壞部位不可修復(fù)。因此，在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，必須綜合考慮一定程度的承載能力和一定范圍的延性。

三、基于抗震理論研究的結(jié)構(gòu)處理方法

鋼筋混凝土框架在受力狀態(tài)下，如果遭受到震動的沖擊，將破壞建筑物體的穩(wěn)定系數(shù)。受震狀態(tài)下鋼筋混凝土框架節(jié)點容易引發(fā)多種病害，這種病害擴(kuò)散到整個混凝土結(jié)構(gòu)中。受震狀態(tài)下，比較常見的混凝土病害包括：變形、裂縫、坍塌，具體情況如下：

1、變形。經(jīng)過一段時間應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土框架中存在著薄弱點，這種薄弱點會在外力作用下發(fā)生異常變形，破壞了鋼筋混凝土原有的受力性能。變形危害是由于鋼筋混凝土框架整體性不足，影響了整個鋼筋結(jié)構(gòu)功能的持久發(fā)揮。一般情況下，鋼筋混凝土承受的外力荷載均有臨界值規(guī)定，超出這個臨界值后會發(fā)生鋼筋變形，鋼筋節(jié)點處發(fā)生了幾何位移。從外在形態(tài)看，鋼筋混凝土有整體的位移現(xiàn)象。為了解決這一受震病害，應(yīng)注意受力臨界值的控制，由施工人員根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

2、裂縫。建筑物使用階段若處于外力震動作用下，鋼筋混凝土框架節(jié)點位置的狀態(tài)相對不穩(wěn)定，如（圖1），鋼筋處于混凝土內(nèi)發(fā)生受力擠壓而破壞了混凝土原有的結(jié)構(gòu)，震動力從外至內(nèi)而造成的裂縫現(xiàn)象[4]。例如，外力震動使節(jié)點處鋼筋發(fā)生嚴(yán)重的變形，混凝土受內(nèi)外力作用而產(chǎn)生變形裂縫。從建筑工程理論來說，節(jié)點是鋼筋混凝土框架中的連接體，其能夠把不同種類的材料進(jìn)行組裝連接，保證了建筑結(jié)構(gòu)的整體完整性。施工人員應(yīng)控制節(jié)點的連接質(zhì)量，保證好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對外的抵抗能力。

3、坍塌。通常，建筑物處于受震狀態(tài)多數(shù)是自然災(zāi)害所致，地震是引起鋼筋混凝土框架受損的主要原因，這種外在受力變化對建筑物的危害很大。坍塌是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物完全受損的嚴(yán)重表現(xiàn)，多數(shù)是在強烈地震作用下造成的建筑物受損形式。例如，現(xiàn)代建筑物一般采用5-7級抗震標(biāo)準(zhǔn)，建筑物在此地震范圍內(nèi)不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損壞。外在地震超過安全級別時，受強震狀態(tài)下的鋼筋混凝土框架節(jié)點也失去了穩(wěn)固性狀態(tài)。根據(jù)鋼筋混凝土框架節(jié)點的位置，增加建筑體的抗震支護(hù)設(shè)施，控制節(jié)點處病害的擴(kuò)散范圍。

四、結(jié)論

分析影響鋼筋混凝土框架中節(jié)點抗震性能的因素，提出解決受震狀態(tài)病害的處理方式，有助于保障建筑物的使用性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李旭紅.鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震設(shè)計尺寸控制的探討[J].西南科技大學(xué)學(xué)報，2010，12（03）：32-34

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[4] 劉春華.淺談異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].四川建材，2010，20（6）：19-21