鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能與設(shè)計方法研究

周 楚 兵

(武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430083)

鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能與設(shè)計方法研究

周 楚 兵

(武漢科技大學(xué)城市學(xué)院，湖北 武漢 430083)

介紹了鋼筋混凝土框架節(jié)點的優(yōu)勢，對鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能的部分影響因素進行了分析，并提出了幾種常見的設(shè)計方法，實現(xiàn)了為實際工程中的抗震設(shè)計提供一些參考依據(jù)的效果。

鋼筋混凝土，框架節(jié)點，抗震性能

1 概述

回顧歷史，國內(nèi)多個地區(qū)曾經(jīng)遭遇到嚴重的地震災(zāi)害，迄今為止，國內(nèi)外對地震的預(yù)報技術(shù)和水平有待提高，因此直接導(dǎo)致了房屋、建筑設(shè)施很容易受到破壞。對于鋼筋混凝土框架自身的結(jié)構(gòu)來說，它的水平抗側(cè)移的剛性程度比較而言，是較差的，當?shù)卣饋砼R的時候，往往會發(fā)生水平方向的位移，而且幅度一般都是較大的，如果位移的發(fā)生幅度，遠遠超過了規(guī)定的極限，那么一定會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的破壞。

節(jié)點，通常指的是框架梁和柱的傳力樞紐部分，同時也作為框架的最薄弱部位。國內(nèi)外歷年來那些大地震的發(fā)生可以看出，多數(shù)鋼筋混凝土框架的節(jié)點，當?shù)卣鸢l(fā)生時，將會出現(xiàn)一定程度的損毀，所以節(jié)點的抗震性能研究方面，早就引起了相關(guān)工作人員的重視，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)工作人員都意識到鋼筋混凝土，其在建筑領(lǐng)域應(yīng)用所帶來的實用性，但仍務(wù)必完善它的配筋，以便于能夠合理提高鋼筋混凝土在地震中表現(xiàn)出的抗震性能。

鋼筋混凝土框架節(jié)點具有顯著的優(yōu)勢，其在結(jié)構(gòu)已經(jīng)達到規(guī)定的，且是最不利非彈性反應(yīng)出現(xiàn)之前，將不會產(chǎn)生常見的剪切失效現(xiàn)象，同時也帶有相當程度的耗能作用。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所具有的延性，重點是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在荷載起到作用的情況下，當進入到非線性狀態(tài)過程后，假設(shè)承載力并未大幅度降低時的變形能力，相對延性較大的結(jié)構(gòu)來說，它產(chǎn)生的塑性變形也將會較大，但永久的變形如果過于大，結(jié)構(gòu)方面，將會在重力的強大作用下發(fā)生坍塌事故，也容易使結(jié)構(gòu)的受損部分以后無法完成修復(fù)，所以說，在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)考慮到設(shè)計工作時，一定要考慮到承載能力以及相應(yīng)范圍的延性作用。

2 鋼筋混凝土框架節(jié)點的抗震性能影響因素

2.1 材料的強度因素

混凝土的強度，通常都是影響著框架節(jié)點的抗剪能力，對于肩負著荷載的混凝土框架節(jié)點部分，混凝土自身的強度如果越高，那么梁Q柱的截面尺寸將相應(yīng)的越小，混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域的混凝土承剪截面同時也會隨著減小，在相應(yīng)程度的配箍率條件下，抗震性能方面容易出現(xiàn)不利的一面。

2.2 水平方向的箍筋

在混凝土框架的節(jié)點部分，加上水平的封閉箍筋，可起到兩方面的作用，首先對混凝土的框架節(jié)點中心區(qū)域的混凝土做出作用明顯的約束力，可加大軸向位置荷載的轉(zhuǎn)移作用；其次，肩負相應(yīng)的水平剪力，能夠加強混凝土框架節(jié)點的抗剪承受程度。因此配箍合理的混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域如果產(chǎn)生貫通裂縫后，混凝土肩負的剪力也隨著變化，即不斷增大，所有的箍筋屈服，混凝土與箍筋同一時刻起著作用，令節(jié)點中心區(qū)域受到剪切承載力，處于損毀時達到最大程度。

2.3 豎直方向的箍筋

在水平方向荷載不斷作用的基礎(chǔ)上，混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域的混凝土產(chǎn)生交叉斜裂縫，剪力的轉(zhuǎn)移，從斜壓桿逐漸過渡到水平方向箍筋肩負水平分力Q柱、縱向的鋼筋肩負豎直方向的分力，設(shè)置豎直方向的箍筋能夠肩負混凝土框架節(jié)點的剪力豎直方向分量，降低混凝土的壓力，這樣便可以增大混凝土框架節(jié)點的抗剪承受能力，但是不便于實際施工。

2.4 柱的縱向鋼筋因素

柱縱向鋼筋，往往需要依據(jù)抗彎的實際要求來進行設(shè)置，沿著柱的截面高度方向，依據(jù)構(gòu)造的標準，也要配備對應(yīng)的縱向鋼筋，此時的縱向鋼筋和水平箍筋，同時對混凝土的框架節(jié)點中心區(qū)域的混凝土產(chǎn)生雙向的約束作用，所以，適宜排列柱縱向鋼筋，在增強混凝土框架節(jié)點的抗剪承受力方面，具有顯著的貢獻。

2.5 直交梁的因素

縱觀歷史，多次地震災(zāi)害與試驗的結(jié)果分析顯示：框架平面垂直方向，和框架節(jié)點相交的直交梁，在混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域的混凝土上面產(chǎn)生約束的作用，這樣便可以增強混凝土框架節(jié)點的抗剪承受能力。

2.6 樓板因素

混凝土框架節(jié)點的外圍樓板，對節(jié)點中心區(qū)域同樣起著約束的作用，那些和梁軸平行的樓板鋼筋，和梁上部分的受力鋼筋一起進行工作。假設(shè)涉及到樓板當做梁翼緣，當受彎時起到作用，那么就要適當增大節(jié)點的剪力數(shù)值。

2.7 預(yù)應(yīng)力因素

在框架節(jié)點處施加一定的預(yù)應(yīng)力，那么能夠令框架節(jié)點中心區(qū)域混凝土的約束變大，此刻是雙向的受力過程，這樣混凝土框架節(jié)點的抗剪承受能力增大。如果借助于混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域無粘結(jié)特征的預(yù)應(yīng)力鋼筋，減小中心區(qū)域混凝土面積，使混凝土框架節(jié)點的抗剪承受能力減弱。

2.8 偏心因素的影響

在高層建筑設(shè)施的設(shè)計過程中，如果希望建筑物的立面出現(xiàn)和外墻以及柱面持平的視覺效果，或者出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，往往將梁Q柱中心線錯列安置，眾多大偏心混凝土框架節(jié)點由此產(chǎn)生，此刻混凝土框架節(jié)點受到類似于附加扭矩次的內(nèi)力施加一定的作用，剪力在節(jié)點內(nèi)的轉(zhuǎn)移過程不再簡單，因此相對于無偏心混凝土框架節(jié)點，偏心混凝土框架節(jié)點的抗剪承受能力較弱。

2.9 異形柱節(jié)點因素

T型柱混凝土的框架節(jié)點抗剪承受能力很弱，混凝土框架節(jié)點，在梁屈服之后，立刻變成通裂的狀態(tài)，假設(shè)梁的寬度大于柱腹板的寬度，在柱腹板外的梁縱筋，框架節(jié)點處錨固非常弱。

2.10 反復(fù)荷載的因素

當反復(fù)荷載起作用的時候，材料和構(gòu)件的強度將會減弱，粘結(jié)錨固的性能同時也會退化，剪切變形不斷增大?？紤]到混凝土框架節(jié)點內(nèi)部，剪應(yīng)力交替變化著其方向，中心區(qū)域斜向裂縫的開合輪流進行，因此混凝土框架節(jié)點中心區(qū)域的抗剪承受能力以及剪切剛度減弱。

2.11 斜向地震的雙軸效應(yīng)因素

如果地震發(fā)生時，其作用的方向和建筑的主軸方向有差異，將會令兩個方向的梁同時屈服，此刻作用在節(jié)點對角斜面上剪力的大小，可能是另外方向的2倍大小，但當斜裂縫面對的箍筋，和一個方向受到剪力過程中遇到的箍筋具有一樣的數(shù)量。所以說，斜向地震發(fā)生時，混凝土框架節(jié)點的強度與剛度顯著變?nèi)酢?/p>

3 常見的設(shè)計方法

3.1 加強型的梁柱連接

加強型的梁柱連接，即對梁柱連接處做出個別的局部強化處理，借助于傳統(tǒng)柱連接的工藝，增大梁端翼緣和腹板，其方式主要涵蓋在梁端裝配水平加勁肋和豎向加勁肋等等。依據(jù)構(gòu)造形式，加強型梁柱包括翼緣板、蓋板、側(cè)板加強型和直接擴翼型四大類。

3.2 構(gòu)造措施的研究

構(gòu)造措施，即梁、柱和剪力墻塑性鉸區(qū)，按照要求需滿足塑性轉(zhuǎn)動與耗能能力。強柱弱梁的實際施工，對構(gòu)造措施產(chǎn)生一定的影響。

1)梁的構(gòu)造措施。

梁塑性鉸截面的延伸性能，和眾多因素息息相關(guān)，按照規(guī)范標準，對梁的縱筋最大與最小配筋率、箍筋較大區(qū)域的長度、最大間距和最小直徑等等都要有嚴格規(guī)定，此外,還要對梁的最小寬度和高寬比也做出適當?shù)囊?guī)定。

2)柱的構(gòu)造措施。

柱是壓彎型的受力零件，軸壓比在延伸性能和耗能性方面帶來的影響明顯。因此，對柱子的縱筋配筋率、最大間距和最小直徑等參數(shù)也要做出細致的規(guī)定。此外，對柱子的高寬比、剪跨比和寬度也要做出相應(yīng)的規(guī)定,以便于增大抗震方面的性能。

3)節(jié)點構(gòu)造措施。

節(jié)點在梁柱鋼筋的錨固部分，在結(jié)構(gòu)性能方面的影響較大。若要在地震和豎向荷載起作用的情況下,節(jié)點核心區(qū)的剪壓比較低時，應(yīng)該為該區(qū)提供相應(yīng)約束，使節(jié)點在不好的情況下抗剪能力可以得到保持，梁柱縱筋的可靠錨固也要得到保證。

4)剪力墻的構(gòu)造措施。

若要使剪力墻的延伸性能和耗能方面得到保證，避免大的裂縫出現(xiàn)，應(yīng)對剪力墻的周圍構(gòu)件制定詳細標準，此外也要對剪力墻的軸壓比制定出相應(yīng)的標準，同時要使剪力墻承重能力和側(cè)向剛度得到保證，最小墻厚要做出具體規(guī)定。

4 結(jié)語

混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點，在抗震性能方面與建筑設(shè)施能否承受相應(yīng)損毀息息相關(guān)，在節(jié)點抗震性能影響方面有不同的因素，同時強化處理的方法在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，其使用范圍逐漸廣泛，在眾多方法中，加強型的梁柱連接是重要的設(shè)計方法，可以顯著增強混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能，使建筑設(shè)施抗震性能在地震中大幅度增強。

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Study on anti-seismic performance and design methods of steel reinforced concrete frame joint

ZHOU Chu-bing

(CollegeofCity,WuhanUniversityofScience&Technology,Wuhan430083,China)

The thesis introduces steel reinforced concrete frame joint merits, analyzes factors influencing anti-seismic performance of steel reinforced concrete frame, and puts forward some design schemes, which has provided some basis for realizing anti-seismic design of actual engineering.

steel reinforced concrete, frame joint, anti-seismic performance

1009-6825(2014)30-0053-02

2014-08-17

周楚兵(1981- )，男，講師

TU375.4

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