淺析框架節(jié)點(diǎn)抗震構(gòu)造措施

沈忠

【摘 要】框架節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵部位，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和延性。國(guó)內(nèi)外對(duì)框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一系列抗震試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，框架節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工時(shí)，必須高度重視對(duì)其實(shí)施抗震構(gòu)造措施。

【關(guān)鍵詞】框架節(jié)點(diǎn)；強(qiáng)度和延性；抗震構(gòu)造措施

框架結(jié)構(gòu)中的框架節(jié)點(diǎn)是指框架梁柱相交處，包括梁柱軸線交點(diǎn)（核心區(qū)）及其四周的梁端和柱端。框架節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵部位，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和延性。本世紀(jì)初國(guó)內(nèi)外已對(duì)框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一系列抗震試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，框架節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)。隨著鋼筋砼高層建筑快速發(fā)展，高強(qiáng)砼和高強(qiáng)度、大直徑變形鋼筋被廣泛采用，材料強(qiáng)度提高了，截面尺寸減小了，柜架節(jié)點(diǎn)的截面尺寸也隨之減小，框架結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)自然就轉(zhuǎn)移到框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域了?，F(xiàn)行《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和相關(guān)圖集中都提出了梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求，但對(duì)于實(shí)際工程中的各種特殊情況應(yīng)如何處理卻未提及，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師又未在設(shè)計(jì)文件中明確其具體的構(gòu)造措施，造成在工程施工中因處理不當(dāng)而留下一定的質(zhì)量隱患。

1 框架結(jié)構(gòu)中間層端節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施

1.1 框架結(jié)構(gòu)中間層端節(jié)點(diǎn)梁上部縱筋的錨固

梁上部縱向鋼筋在中間層端節(jié)點(diǎn)處的錨固原則是：先考慮直線錨固，再考慮彎折錨固；《規(guī)范》對(duì)梁上部縱筋在中間層端節(jié)點(diǎn)處的錨固規(guī)定如下。

1.1.1 直線錨固

當(dāng)采用直線錨固時(shí)，梁上部縱筋伸入端節(jié)點(diǎn)的錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：錨固段總長(zhǎng)不應(yīng)小于其基本錨固長(zhǎng)度值LaE；鋼筋應(yīng)伸過(guò)柱中心線不小于5d。

1.1.2 彎折錨固

當(dāng)鋼筋較粗或柱截面較小時(shí)，一般采用彎折錨固，此時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足三個(gè)條件：一是應(yīng)將鋼筋伸至柱外側(cè)縱向鋼筋內(nèi)側(cè)后向下彎折90°，二是彎折前水平段長(zhǎng)度應(yīng)大于0.4LaE，三是彎折后垂直段長(zhǎng)度應(yīng)為15d。試驗(yàn)研究表明，這種彎折錨固的錨固力由水平段的粘結(jié)力和彎弧與垂直段的彎折錨固作用所組成，在承受靜力荷載為主的情況下，水平段的粘結(jié)力起主要作用，而垂直段的錨固力只在水平段滑移變形很大時(shí)才起作用。國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果均表明，當(dāng)水平段長(zhǎng)度不小于0.4LaE，垂直段長(zhǎng)度為15d時(shí)，已能可靠地保證梁縱筋的錨固強(qiáng)度；垂直段長(zhǎng)度內(nèi)加配的箍筋也同樣只在水平段縱筋滑移很大時(shí)才開(kāi)始受力。

1.1.3 特殊情況時(shí)的處理措施

當(dāng)平直段長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足0.4LaE時(shí)，可以有三種方式單獨(dú)或聯(lián)合采用，即改變鋼筋直徑、加大柱截面和采用機(jī)械錨固。但若采用機(jī)械錨固，務(wù)必有相應(yīng)的構(gòu)造措施，即在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)的箍筋不應(yīng)少于3個(gè)，其直徑不小于0.25d，其間距不應(yīng)大于5d。

1.2 框架結(jié)構(gòu)中間層端節(jié)點(diǎn)梁下部縱筋的錨固

該縱筋錨固原則與梁上部縱筋的錨固相同，能直線錨固就直線錨固，如需彎折則必須滿(mǎn)足上述上部縱筋彎錨條件要求；但應(yīng)注意：在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，豎直段應(yīng)向上彎入節(jié)點(diǎn)內(nèi)，在結(jié)構(gòu)非抗震設(shè)計(jì)中，豎直段可向下彎折。

2 框架結(jié)構(gòu)中間層中節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施

國(guó)內(nèi)外框架節(jié)點(diǎn)抗震試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)非彈性變形較大時(shí)，仍不能避免梁端的鋼筋屈服區(qū)向節(jié)點(diǎn)內(nèi)蔓延，貫穿節(jié)點(diǎn)的梁縱筋粘結(jié)失效與滑移加劇，從而使框架剛度和耗能進(jìn)一步減弱。對(duì)此，《規(guī)范》規(guī)定，對(duì)梁內(nèi)貫穿中柱的每根縱筋直徑，對(duì)于一、二級(jí)抗震等級(jí)，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20，對(duì)于圓柱截面，不宜大于縱筋所在位置柱截面弦長(zhǎng)的1/20。

2.1 框架結(jié)構(gòu)中間層中節(jié)點(diǎn)梁上部縱筋的錨固

由于樓面使用功能需要，框架梁上表面一般均在同一水平面上，因此，其上部縱筋不應(yīng)切斷，而應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)，這既可簡(jiǎn)化施工，又可使左、右鋼筋應(yīng)力差通過(guò)節(jié)點(diǎn)寬度范圍內(nèi)砼的粘結(jié)作用達(dá)到平衡。

2.2 框架結(jié)構(gòu)中間層中節(jié)點(diǎn)梁下部縱筋的錨固

在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，框架中間層中節(jié)點(diǎn)梁下部縱筋的錨固，與框架中間層端節(jié)點(diǎn)梁下部鋼筋的構(gòu)造做法相同；對(duì)于結(jié)構(gòu)非抗震設(shè)計(jì)的框架梁，其下部縱筋一般受壓，但當(dāng)水平荷載較大或與鄰跨跨度相差太多時(shí)也有受拉的可能。因此，對(duì)不同受力情況下的錨固也有不同要求。

3 框架結(jié)構(gòu)頂層中節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施

3.1 框架結(jié)構(gòu)頂層中節(jié)點(diǎn)梁縱筋的錨固

頂層中節(jié)點(diǎn)梁的上、下縱筋與中間層中節(jié)點(diǎn)處的錨固措施相同，但由于貫穿頂層中節(jié)點(diǎn)的梁上部縱筋較之貫穿于中間層中節(jié)點(diǎn)的上部縱筋更易發(fā)生粘結(jié)失效和滑移，對(duì)于一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，要求貫穿頂層中節(jié)點(diǎn)的梁上部縱筋的直徑，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/25。

3.2 框架結(jié)構(gòu)頂層中節(jié)點(diǎn)柱縱筋的錨固

由于框架柱主要受力的縱向鋼筋不能中斷，因此，在中間層，無(wú)論是中節(jié)點(diǎn)還是端節(jié)點(diǎn)，均不應(yīng)切斷柱的縱筋，而應(yīng)貫穿整個(gè)節(jié)點(diǎn)；柱縱筋伸到框架的頂層后，仍存在切斷后的錨固問(wèn)題，對(duì)此，《規(guī)范》有如下規(guī)定：（1）直線錨固。此時(shí)柱內(nèi)縱筋伸入頂層中節(jié)點(diǎn)及端節(jié)點(diǎn)內(nèi)側(cè)的縱筋的錨固需滿(mǎn)足兩個(gè)條件，即自梁底算起應(yīng)不小于其基本錨固長(zhǎng)度和這些柱內(nèi)縱筋還必須伸至柱頂，以實(shí)現(xiàn)可靠的錨固。（2）彎折錨固。當(dāng)頂層框架梁的高度不大而無(wú)法實(shí)現(xiàn)直線錨固時(shí)，可將柱縱筋彎折后錨固，柱內(nèi)縱筋還必須伸至柱頂；根據(jù)彎折方向還可分為以下兩種形式：①向節(jié)點(diǎn)內(nèi)彎折。當(dāng)充分利用柱筋的抗拉強(qiáng)度時(shí)，彎折前的垂直段長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5LaE，彎折后的水平段長(zhǎng)度不宜小于12d；②向樓板內(nèi)彎折。當(dāng)框架頂層有現(xiàn)澆樓板且其厚度大于80mm，砼強(qiáng)度等級(jí)大于C20時(shí)，柱的縱筋也可向外彎折，彎折后的水平長(zhǎng)度不宜小于12d。

4 框架結(jié)構(gòu)頂層端節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施

頂層端節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于一段折梁，整個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于負(fù)彎矩受力狀態(tài)，在此范圍內(nèi)的鋼筋均承受很高的拉力，因此，頂層端節(jié)點(diǎn)的主要問(wèn)題是縱向受拉鋼筋的搭接問(wèn)題，《規(guī)范》對(duì)頂層端節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)構(gòu)造措施是：梁上部縱筋在柱外側(cè)與柱縱向鋼筋在節(jié)點(diǎn)處搭接，并提出了兩種做法，一種做法是在梁范圍內(nèi)搭接，搭接長(zhǎng)度為1.5LaE，另一種做法是在柱內(nèi)搭接，搭接長(zhǎng)度為1.7LaE。另外，頂層端節(jié)點(diǎn)因承受彎矩而易形成斜向擠壓，如節(jié)點(diǎn)截面較小而負(fù)彎矩鋼筋配置又較多時(shí)，容易發(fā)生節(jié)點(diǎn)核心區(qū)砼擠壓破壞。

4.1 在梁范圍內(nèi)搭接

柱外側(cè)鋼筋可沿節(jié)點(diǎn)外邊和梁上邊與梁上部縱筋搭接，這種做法有利于施工操作，當(dāng)澆筑砼的施工縫設(shè)置在梁底柱截面附近時(shí)，鋼筋搭接只能在梁范圍內(nèi)。

4.1.1 柱縱筋

梁寬范圍內(nèi)的柱縱筋伸至柱頂，沿梁頂與梁上部縱筋作有效搭接，搭接總長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.5LaE，伸入梁內(nèi)不少于500mm；梁寬范圍以外的柱筋可伸入砼強(qiáng)度等級(jí)不低于C20、厚度不小于80mm的現(xiàn)澆板內(nèi)，其長(zhǎng)度與伸入梁內(nèi)的柱縱筋相同；在特殊情況下：當(dāng)柱截面較大或梁較高，并采用在梁內(nèi)搭接時(shí)，1.5LaE可能使搭接部分不能到達(dá)柱截面的內(nèi)側(cè)，此時(shí)應(yīng)注意滿(mǎn)足柱鋼筋伸入梁內(nèi)不小于500mm或伸至柱內(nèi)邊向下彎折8d、且不小于現(xiàn)澆板厚度后方可截?cái)嗟葮?gòu)造要求。

4.1.2 梁縱筋

梁上部縱向鋼筋應(yīng)沿節(jié)點(diǎn)外邊緣伸至柱外邊并向下彎折，至梁底處截?cái)?；如梁底有腋則應(yīng)伸至腋底。

4.2 柱范圍內(nèi)搭接

當(dāng)澆筑砼的施工縫設(shè)置在梁底截面以下時(shí)，縱向鋼筋的搭接可在柱范圍內(nèi)進(jìn)行，這種搭接可使柱頂水平縱向鋼筋數(shù)減少，便于澆筑砼。

4.2.1 柱縱筋

柱縱筋在梁寬范圍內(nèi)伸至柱頂，與梁縱筋形成有效搭接；柱縱筋伸至柱頂后宜向節(jié)點(diǎn)內(nèi)彎折后切斷，其水平長(zhǎng)度不宜小于12d。

4.2.2 梁縱筋

伸至節(jié)點(diǎn)外邊緣向下彎折，與柱外側(cè)縱筋形成足夠的有效搭接長(zhǎng)度后截?cái)?；梁縱筋在柱內(nèi)的搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.7LaE。

5 框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的配箍要求

框架節(jié)點(diǎn)作為框架結(jié)構(gòu)承受豎向壓力且受力狀態(tài)十分復(fù)雜的一種構(gòu)件，也必須有箍筋加以約束。在框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)，應(yīng)設(shè)水平箍筋，以維持其對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)砼的有效約束，確保其承載力和延性。當(dāng)頂層端節(jié)點(diǎn)的柱外側(cè)縱筋與梁上部縱筋搭接時(shí)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)應(yīng)配置足夠的水平箍筋并按受拉搭接的要求配箍。

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