鋼筋混凝土框架節點抗震性能探討

柯秋鴻　陸偉文

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

【關鍵詞】 混凝土；框架；節點抗震；性能

鋼筋混凝土是現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，施工單位應注重鋼筋結構抗震性能的控制，加強節點施工質量的控制與維護，避免因節點薄弱而發生質量病害現象。

一、鋼筋混凝土的特點

早期建筑行業普遍采用混合料作為施工材料，舊混凝土多數采用膠凝材料與集料膠等配合成符合材料，基本滿足了簡單結構的建筑使用要求。基于材料工程學指導下，混凝土材料開始植入鋼筋作為支護結構，利用鋼筋網或單個構件實施加強處理，保證了鋼筋混凝土的應用性能。鋼筋混凝土的特點：

1、牢固性。單一混凝土僅利用膠結料、粗細集料等原材料，按照行業規定比例混合而成，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構的使用價值。經過一段時間的施工改造，建筑行業研制了性能更好的應用材料，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地的鋼筋作為配合物質，植入普通混合料中加工處理，綜合改善了混凝土結構的牢固性，從局部結構改善了混凝土的使用功能。

2、耐久性。對于鋼筋混凝土來說，其耐久性特點表現于建筑結構的使用壽命，因添加了鋼筋材料為框架支護體，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，試驗勘測數據都顯示，建筑物應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生性能的改變。近年來，國內70%以上的建筑物倡導使用鋼筋混凝土結構，涉及到商用建筑、民用建筑等主要工程范圍，不僅現場施工的操作流程便捷，鋼筋后期的使用性能更為優越。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，使鋼筋混凝土結構承受的重力荷載更大。

二、影響鋼筋混凝土框架節點抗震性能的因素

在鋼筋混凝土框架結構的延性設計上，“強剪弱彎，強柱弱梁，更強節點”已經成為工程界的共識。鋼筋混凝土結構在地震作用下，通過塑性耗能機構避免在較強的地震作用下結構產生嚴重損傷和在更強地震作用下發生危及生命安全的局部或整體失效。影響節點抗震性能的主要因素有：

1、節點的配箍率。實驗發現提高節點水平箍筋配箍率能有效提高節點抗震性能；當配箍率達到一定大小后對節點抗震性能提高作用將不再明顯[2]。另外，節點豎向箍筋對框架節點的抗剪能力也有貢獻。相反，節點的配箍率不合標準，也會破壞混凝土的抗震能力。

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

3、直交梁。鋼筋加入混凝土材料中的優越性明顯，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，直交梁對框架節點核心區的混凝土具有約束作用，能夠提高框架節點的抗剪承載力。設置直交梁可以擴大鋼筋混凝土框架的整體性能，避免外界受力狀態對鋼筋混凝土結構造成的破壞，維持了鋼筋混凝土框架功能的正常發揮。

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點抗震性能的影響很復雜，如：柱的軸壓比僅在一定范圍內可增加節點延性；剪壓比和節點配箍率的影響，這為節點抗震設計提供了更多的指導[3]。

5、鋼筋混凝土框架結構的延性是反映結構在荷載作用下，進入非線性狀態后在承載力沒有顯著降低情況下的變形能力。對于延性大的結構，其產生的塑性變形也大，但永久變形太大，結構可能在重力作用下引起坍塌，也可能使結構的損壞部位不可修復。因此，在鋼筋混凝土框架結構的設計上，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構處理方法

鋼筋混凝土框架在受力狀態下，如果遭受到震動的沖擊，將破壞建筑物體的穩定系數。受震狀態下鋼筋混凝土框架節點容易引發多種病害，這種病害擴散到整個混凝土結構中。受震狀態下，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。經過一段時間應用發現，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，影響了整個鋼筋結構功能的持久發揮。一般情況下，鋼筋混凝土承受的外力荷載均有臨界值規定，超出這個臨界值后會發生鋼筋變形，鋼筋節點處發生了幾何位移。從外在形態看，鋼筋混凝土有整體的位移現象。為了解決這一受震病害，應注意受力臨界值的控制，由施工人員根據監測數據進行調整。

2、裂縫。建筑物使用階段若處于外力震動作用下，鋼筋混凝土框架節點位置的狀態相對不穩定，如（圖1），鋼筋處于混凝土內發生受力擠壓而破壞了混凝土原有的結構，震動力從外至內而造成的裂縫現象[4]。例如，外力震動使節點處鋼筋發生嚴重的變形，混凝土受內外力作用而產生變形裂縫。從建筑工程理論來說，節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行組裝連接，保證了建筑結構的整體完整性。施工人員應控制節點的連接質量，保證好鋼筋混凝土結構對外的抵抗能力。

3、坍塌。通常，建筑物處于受震狀態多數是自然災害所致，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構建筑物完全受損的嚴重表現，多數是在強烈地震作用下造成的建筑物受損形式。例如，現代建筑物一般采用5-7級抗震標準，建筑物在此地震范圍內不會出現結構性損壞。外在地震超過安全級別時，受強震狀態下的鋼筋混凝土框架節點也失去了穩固性狀態。根據鋼筋混凝土框架節點的位置，增加建筑體的抗震支護設施，控制節點處病害的擴散范圍。

四、結論

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

參考文獻

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

[2] 王曉偉.框架結構節點設計與施工的質量控制[J].華章，2010，18（3）：22-24

[3] 尚宏偉.鋼纖維高強混凝土框架節點梁截面曲率延性的試驗研究[J].河南建材，2010，28（16）：43-45

[4] 劉春華.淺談異形柱框架結構設計[J].四川建材，2010，20（6）：19-21