一種混凝土框架節點內鋼筋的(抗震)錨固的設計與應用

詹煥輝

(江西傳媒職業學院 ,江西 南昌 330224)

鋼筋混凝土工程是國內外建設項目中的主流工程,鋼筋與混凝土兩類材料的結合,發揮了其各自的優點。在當前建材發展水平下,鋼筋與混凝土的組合在每個單位工程中都有所應用,例如純鋼結構廠房,其基礎也一定是采用鋼筋混凝土結構的,且根據地基條件、基礎形式、上部結構類型等,一般情況均會設置基礎梁,基礎梁與柱的結構剛性節點也通常稱為框架節點。根據建筑結構施工規范及設計的要求,鋼筋要與混凝土有效地完整結合在一體,承擔相應的功能,鋼筋必須要在混凝土內有足夠的錨固長度,形成鋼筋與束縛的混凝土同向變形,鋼筋承擔相應的受力功能。否則,鋼筋與混凝土必將分離,不可合為一體,即無法實現共同工作,構件出現了破壞,鋼筋與混凝土體出現相對滑移變形,或鋼筋被拔出混凝土體等。

在工程設計實踐中,框架節點內上部鋼筋在混凝土體內一般承受拉力。《混凝土結構設計規范》簡稱《混規》、《高層混凝土結構技術規程》簡稱《高規》規定,梁上部縱筋在框架節點內進行直錨時,由于柱截面尺寸不夠,需要將縱筋伸至節點對邊并向下彎折,但彎折水平段的投影長度不應小于0.4Lab(或是0.4LabE)[1][2],彎折后豎直投影長度不應小于15倍縱筋直徑,這類情形一般出現在框架中間層端節點處。

然而,在實踐操作中,由于柱截面尺寸受限,導致縱筋彎折點至柱邊錨入點(直錨長度)的投影長度小于0.4Lab(或是0.4LabE)。通常情況的處理辦法是將梁內縱筋代換為小直徑的,但這種做法往往出現梁、柱節點處鋼筋數量過多,有時會嚴重影響梁、柱節點處混凝土的施工,另一方面如所代換的鋼筋為通長筋,即存在鋼筋的搭接,同時給施工帶來很多不便,也增加了施工配筋工作量,且浪費鋼材,因此這種方法,實踐證明實在不適合,應該設計一種即方便施工,又能節省鋼筋用量與工時的方法。經過實踐與試驗,在縱筋錨固的端頭,采用一種單側貼焊5d(d為錨筋直徑)長錨筋的辦法來解決當直錨長度小于0.4Lab(0.4LabE)的情形。

圖1 節點錨固示意

《混規》[1]中關于框架中間層端節點的梁上部縱筋伸入節點的錨固是這樣規定的：1)當能滿足直線錨固形式時,錨固長度不應小于La,且應伸過柱中心線；2)當柱截面尺寸不滿足直線錨固要求時,梁上部縱筋可采用機械錨頭的錨固方式,宜伸至柱外側縱筋內邊,包括機械錨頭在內的水平投影錨固長度不應小于0.4Lab(0.4LabE)；3)梁上部縱筋也可采用900彎折錨固的方式,此時梁上部縱筋應伸到柱外側縱筋內邊并向節點內彎折,其包含彎弧在內的水平投影長度不應小于0.4Lab(0.4LabE),彎折筋在彎折平面內包含彎弧的投影長度不應小于15d。本文闡述的正是第三種形式,區別在于包含彎弧在內的水平投影長度還不到0.4Lab(0.4LabE),因此提出采用縱筋端頭單側貼焊錨筋的辦法來處理。

《高規》規定,柱截面尺寸在非抗震時為不宜小于250mm,抗震時為不宜小于300mm[3][4]。建筑按50年合理使用年限考慮,采用單側端錨的端頭長度為5d(d為縱筋直徑),節點錨固示意圖如右圖1所示(圖中1是5d長的單側貼焊錨頭；2是上部縱筋；3是上部縱筋彎折點；4是框架柱；5是框架梁)。上部縱筋延伸至外

側柱邊鋼筋內側,考慮最不利,一般情況下上部縱筋直錨入柱內長度為(柱寬-60mm), 當最不利時的保護層厚為50mm,梁上部縱筋在非抗震圖時最小的直錨柱內長度應能達到不小于190mm,抗震時能達到不小于240mm。在不考慮錨固長度修正系數ζa影響的情況下,按最不利條件考慮直錨入柱內最大長度,按此框架錨固節點設計、施工時,其最不利總錨固長度La(LaE)能否滿足規范要求及其經濟合理性,表1、表2分別按不考慮抗震和考慮抗震時的兩種情形分別進行計算分析如下所示：

表1反映出當鋼筋直徑小于25mm時,縱筋直錨柱內長度最小只能達到0.2Lab,一般情況在一類環境低等級混凝土情況下達不到0.4Lab。按本論文設計的節點錨固法可以節省鋼筋,且最終的結果都能滿足規范的要求。

表1

表2

表2是按三級抗震的要求計算抗震錨固長度,四級抗震的修正系數是1,一、二級抗震的修正系數是1.15,按上述演算程序及相應的抗震設計要求,均能滿足總錨固的要求。

綜上所述,中間框架端節點上部縱筋錨固時,當其伸入柱內的直錨長度不足0.4Lab(0.4LabE)時,可以將縱筋延伸至柱的外側主筋內側進行900下彎。在縱筋的端頭單面貼焊5d長短鋼筋錨頭,不包含錨頭在內總錨固長度La(LaE)不小于0.6Lab(0.6LabE),直錨柱內長度不小于(柱寬-60mm),針對柱保護層加箍筋直徑大于60mm的情形,直錨柱內長度計算方法是：La直=柱寬-柱保護層-箍筋直徑。經過推理演算、實踐與試驗,本論文設計的框架節點縱筋錨固法,能滿足規范要求的錨固長度,且方便施工。實際在《混規》中已說明,縱筋采用直錨時,不滿足La的錨固總長時,可采用機械端頭的錨固方式,但直錨長要求大于0.4Lab(0.4LabE)[1]。上述的計算表中已能全面反映出本論文設計的框架節點縱筋錨固法的經濟性,通過采用此錨固方法,避免因鋼筋代換而引起的梁柱節點處鋼筋數量過多的現象,同時也避免了因此而引起的施工不便現象,減少了施工配筋工作量,消耗施工現場一些多余的鋼筋短頭,即節能又省事,且加大了施工現場處理此類錨固事宜的靈活性。