鋼筋混凝土框架節點抗震性能與設計方法研究

周 楚 兵

(武漢科技大學城市學院，湖北 武漢 430083)

鋼筋混凝土框架節點抗震性能與設計方法研究

周 楚 兵

(武漢科技大學城市學院，湖北 武漢 430083)

介紹了鋼筋混凝土框架節點的優勢，對鋼筋混凝土框架節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計方法，實現了為實際工程中的抗震設計提供一些參考依據的效果。

鋼筋混凝土，框架節點，抗震性能

1 概述

回顧歷史，國內多個地區曾經遭遇到嚴重的地震災害，迄今為止，國內外對地震的預報技術和水平有待提高，因此直接導致了房屋、建筑設施很容易受到破壞。對于鋼筋混凝土框架自身的結構來說，它的水平抗側移的剛性程度比較而言，是較差的，當地震來臨的時候，往往會發生水平方向的位移，而且幅度一般都是較大的，如果位移的發生幅度，遠遠超過了規定的極限，那么一定會出現結構性的破壞。

節點，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。國內外歷年來那些大地震的發生可以看出，多數鋼筋混凝土框架的節點，當地震發生時，將會出現一定程度的損毀，所以節點的抗震性能研究方面，早就引起了相關工作人員的重視，特別是隨著科學技術的發展，相關工作人員都意識到鋼筋混凝土，其在建筑領域應用所帶來的實用性，但仍務必完善它的配筋，以便于能夠合理提高鋼筋混凝土在地震中表現出的抗震性能。

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

2 鋼筋混凝土框架節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點的抗剪能力，對于肩負著荷載的混凝土框架節點部分，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的越小，混凝土框架節點中心區域的混凝土承剪截面同時也會隨著減小，在相應程度的配箍率條件下，抗震性能方面容易出現不利的一面。

2.2 水平方向的箍筋

在混凝土框架的節點部分，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點中心區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移作用；其次，肩負相應的水平剪力，能夠加強混凝土框架節點的抗剪承受程度。因此配箍合理的混凝土框架節點中心區域如果產生貫通裂縫后，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，令節點中心區域受到剪切承載力，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上，混凝土框架節點中心區域的混凝土產生交叉斜裂縫，剪力的轉移，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，設置豎直方向的箍筋能夠肩負混凝土框架節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，往往需要依據抗彎的實際要求來進行設置，沿著柱的截面高度方向，依據構造的標準，也要配備對應的縱向鋼筋，此時的縱向鋼筋和水平箍筋，同時對混凝土的框架節點中心區域的混凝土產生雙向的約束作用，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，多次地震災害與試驗的結果分析顯示：框架平面垂直方向，和框架節點相交的直交梁，在混凝土框架節點中心區域的混凝土上面產生約束的作用，這樣便可以增強混凝土框架節點的抗剪承受能力。

2.6 樓板因素

混凝土框架節點的外圍樓板，對節點中心區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點的剪力數值。

2.7 預應力因素

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

2.8 偏心因素的影響

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

2.9 異形柱節點因素

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

2.10 反復荷載的因素

當反復荷載起作用的時候，材料和構件的強度將會減弱，粘結錨固的性能同時也會退化，剪切變形不斷增大。考慮到混凝土框架節點內部，剪應力交替變化著其方向，中心區域斜向裂縫的開合輪流進行，因此混凝土框架節點中心區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因素

如果地震發生時，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量。所以說，斜向地震發生時，混凝土框架節點的強度與剛度顯著變弱。

3 常見的設計方法

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。依據構造形式，加強型梁柱包括翼緣板、蓋板、側板加強型和直接擴翼型四大類。

3.2 構造措施的研究

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

1)梁的構造措施。

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

2)柱的構造措施。

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也要做出細致的規定。此外，對柱子的高寬比、剪跨比和寬度也要做出相應的規定,以便于增大抗震方面的性能。

3)節點構造措施。

節點在梁柱鋼筋的錨固部分，在結構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,節點核心區的剪壓比較低時，應該為該區提供相應約束，使節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，應對剪力墻的周圍構件制定詳細標準，此外也要對剪力墻的軸壓比制定出相應的標準，同時要使剪力墻承重能力和側向剛度得到保證，最小墻厚要做出具體規定。

4 結語

混凝土框架結構的節點，在抗震性能方面與建筑設施能否承受相應損毀息息相關，在節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構中，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計方法，可以顯著增強混凝土框架結構抗震性能，使建筑設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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