淺析框架梁、柱節點域抗剪超限的原理及解決方法

摘要：新版《建筑抗震設計規范》GB5001-2010，加強了框架結構節點核心區截面抗震驗算，自其實施以來，在PKPM（2010版）軟件抗震驗算過程中，尤其是高抗震設防烈度區，出現梁、柱節點域抗剪超限的問題時有發生，本文將結合個人在實際工程中做結構設計時的計算實例，與大家分享經驗，淺析梁柱節點域抗剪超限的原理及解決方法，主要內容包括框架梁、柱節點域抗剪超限的含義解讀；《建筑抗震設計規范》中關于節點核心區組合的剪力設計值的計算原理；《混凝土結構設計規范》GB50010-2010，框架梁、柱節點核心區的受剪承載力驗算；以及個人在中國石油內蒙古銷售公司八拜油庫改擴建項目，綜合辦公樓結構設計中框架梁柱節點域抗剪超限解決的計算實例。

關鍵詞：節點域抗剪超限；節點核心區；節點抗震驗算；建筑抗震設計

中圖分類號：G642.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）26-0174-02

一、框架梁、柱節點域抗剪超限的含義

框架梁、柱節點域抗剪超限是指其節點核心區組合的剪力設計值超過規范限制，即Vj>■（0.3ηjfcbjhj）。如果說“強柱弱梁，強剪弱彎”是提高結構變形能力的設計精髓，那么節點核心區截面抗震受剪承載力驗算就是實現“強節點弱構件”的關鍵，也是建筑結構抗倒塌能力的關鍵。節點域內抗剪設計不足，遇到地震時會造成剪切破壞，屬于脆性破壞，無征兆，致使建筑物瞬間垮塌。新版《建筑抗震設計規范》GB50011-2010也增加了三級框架節點核心區抗震驗算的規定。查閱《建筑抗震設計規范》、《混凝土結構設計規范》，兩者對節點核心區抗震驗算規定基本相同，但后者對計算公式符號定義較前者詳細，且式中較前者多了βc；前者較后者單給出了扁梁框架的梁柱節點規定，后者較前者明確規定了框架節點區的錨固和搭接要求。兩者分別稱為“節點核芯區”、“節點核心區”，一字之差，足矣鑒域之重。

二、節點核芯區組合的剪力設計值計算原理

依據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010，附錄D.1.3，節點核芯區組合的剪力設計值，應符合下列要求：

Vj≤■（0.3ηjfcbjhj）

ηj——正交梁的約束影響系數；

fc——混凝土軸心抗壓強度設計值；

bj——節點核芯區的截面有效驗算寬度；

hj——節點核芯區的截面高度；

γRE——承載力抗震調整系數，可采用0.85。

綜合《建筑抗震設計規范》規定，結合實際驗算經驗，逐個注解以上式中的計算參數以及需要注意的地方：

ηj：當樓板為現澆、梁柱中線重合、四側各梁截面寬度不小于該側柱截面寬度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4時，可采用1.5，9度區一級抗震宜采用1.25；其他情況均采用1.0；

fc：依據《混凝土結構設計規范》4.1.4-1混凝土強度等級對應的軸心抗拉強度設計值取值；

bj：當驗算方向的梁截面寬度不小于該側柱截面寬度的1/2時，可采用該側柱截面寬度bc，當小于該側柱截面寬度的1/2時，可采用下列二者的較小值：

①bj=bb+0.5hc（bb——梁截面寬度；hc——驗算方向的柱截面高度）

②bj=bc

hj：可采用驗算方向的柱截面高度hc

γRE：承載力抗震調整系數，可采用0.85，依據《抗規》5.4.2相關規定。

三、《混凝土結構設計規范》GB50010-2010，框架梁、柱節點核心區的受剪承載力驗算

依據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010，11.6.3，框架梁柱節點核心區的受剪水平截面應符合下列條件：

Vj≤1■（0.3ηjβcfcbjhj）

可見與《建筑抗震設計規范》節點核芯區組合的剪力設計值驗算公式相近，式中多了βc，依據《混規》6.3.1規定，βc為混凝土強度影響系數，當混凝土強度等級不超過C50時，βc取1.0，當混凝土強度等級為C80時，βc取0.8；其間按線性內插法確定。其余計算參數與《建筑抗震設計規范》節點核心區組合的剪力設計值驗算公式相同。

四、中國石油內蒙古銷售公司八拜油庫改擴建項目中綜合辦公樓框架柱節點域抗剪超限解決的計算實例

八拜油庫建設地區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.2g，綜合辦公樓結構選型為框架結構，建筑層數3層，梁板柱砼等級為C30。在利用PKPM輔助設計軟件SATWE做抗震驗算時，檢查出模型存在以下超限信息：

第1層 配筋、驗算

**節點域抗剪超限N-C=9（30）Vjy=1354.>FFC

=0.35*fc*H*B=1251.

**節點域抗剪超限N-C=10（30）Vjy=1756.>FFC

=0.35*fc*H*B=1251.

**節點域抗剪超限N-C=11（30）Vjy=1520.>FFC

=0.35*fc*H*B=1251.

N-C為節點號，（30）為內力組合號，即以上梁柱節點的節點域抗剪超限，不滿足《混凝土結構設計規范》11.6和《建筑抗震設計規范》附錄D.1.3的規范要求。根據下面規范公式：

Vj≤1■（0.3ηjβcfcbjhj）

FFC=（0.3X1.5X1X14.3X0.5X0.5）/0.85=1893，大于PKPM驗算結果數值。

查看PKPM計算過程，FFC=0.35*fc*H*B=1251，0.35應為0.3/0.85所得，且式中ηj正交梁的約束影響系數取1.0，而模型中柱截面為500X500，梁寬250，滿足《建筑抗震設計規范》。附錄D.1.3中對ηj的規定：滿足當樓板為現澆、梁柱中線重合、四側各梁截面寬度不小于該側柱截面寬度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4時，可采用1.5，因此驗算結果應為：

N-C=9（30）Vjy=1354.>FFC=0.35*fc*H*B=1893.

N-C=10（30）Vjy=1756.>FFC=0.35*fc*H*B=1893.

N-C=11（30）Vjy=1520.>FFC=0.35*fc*H*B=1893.

滿足規范要求。

五、技術分析及總結

依據《建筑抗震設計規范》6.2.14，節點核心區是保證框架承載力和抗倒塌能力的關鍵部位，《混凝土結構設計規范》也對節點核心區做了明確規定。在結構設計中針對規范中的抗震驗算規定，進行驗算，當驗算不滿足規范要求時，宜先檢查ηj正交梁的約束影響系數是否正確，再針對fc、bj、hj進行合理調整，如提高砼強度等級標號，增加節點域面積，能夠有效提高抗剪承載力，直到滿足規范要求。

參考文獻：

[1]中國建筑科學研究院.混凝土結構設計規范GB50010-2010[DB/OL].[2011-07-01].

http：//wenku.baidu.com/view/18cbfef6f90f76c661371a26.html.

[2]住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑抗震設計規范GB50011-2010[M].中國建筑工業出版社，2010.

[3]中國建筑科學研究院.PKPM-SATWE說明書[Z].2010.