混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

【摘 要】我國處于地震多發(fā)地段，所以對建筑物的抗震要求較高，國內(nèi)多次地震表明：在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，破壞主要集中在節(jié)點(diǎn)和底層柱等關(guān)鍵部位，國內(nèi)外規(guī)范中，就目前來說還沒有具體對節(jié)點(diǎn)抗震性進(jìn)行明確的量化規(guī)定，本文針對混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出一些自己的看法，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】混凝土框架；結(jié)構(gòu)梁柱；節(jié)點(diǎn)抗震；設(shè)計(jì)研究

近幾年，我國地震十分頻繁，導(dǎo)致許多建筑屋倒塌、毀壞，影響人們的人生安全及財(cái)產(chǎn)。據(jù)地震局的大量預(yù)測，我國大陸地區(qū)已進(jìn)入第五個(gè)地震活躍期，地震的破壞性極強(qiáng)，活躍性強(qiáng)，預(yù)測無法十分準(zhǔn)確，所以，在應(yīng)在設(shè)防水平定上下功夫，設(shè)防水平若定的太低，就可能在自然災(zāi)害作用下由于結(jié)構(gòu)破壞帶來巨大的生命和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，因而確定恰當(dāng)?shù)脑O(shè)防水平是個(gè)重要的問題。另外，我們對建筑物的抗震設(shè)計(jì)需要加以重視。在建筑物施工時(shí)，整個(gè)框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)直接影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)體系，是混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域，是主體結(jié)構(gòu)的重要組成部分。因此節(jié)點(diǎn)要求具有足夠的強(qiáng)度，以抵抗相鄰構(gòu)件承受的各種荷載，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系堅(jiān)固和安全可靠。框架結(jié)構(gòu)的震害大多發(fā)生在柱和梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)，節(jié)點(diǎn)破壞主要是剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整個(gè)框架的倒毀。

1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)原則

1.1 遵從強(qiáng)減弱彎的原則

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循強(qiáng)減弱彎的原則，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的良好延性，因?yàn)檠有缘暮脡闹苯佑绊懙綇椥宰冃魏笫欠癯掷m(xù)保持變形的能力，結(jié)構(gòu)構(gòu)件若具有好的延性則能大量吸收地震作用的能量，大大減小結(jié)構(gòu)的地震作用，如何能保證結(jié)構(gòu)的良好延性，必須在施工時(shí)，避免混凝土壓碎，錨固失效、剪切破壞等脆性破壞的發(fā)生。同時(shí)在構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)中，限制受拉縱向鋼筋配筋率、增加受壓縱向鋼筋、增配箍筋、加大鋼筋錨固長度，對受壓構(gòu)件應(yīng)控制其軸壓比 (N/fcA)不過大。

2 鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)

根據(jù)梁柱節(jié)點(diǎn)特殊的受力特點(diǎn)及較弱的抗震性能，歷次地震以來，都造成了相當(dāng)大額破壞，在對梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意，避免類似的問題發(fā)生。

2.1 鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是十分重要的，框架節(jié)點(diǎn)作為框架梁柱構(gòu)件的公共部分，起到一定的連接作用，若節(jié)點(diǎn)失效，將直接導(dǎo)致與之相連的梁柱直接失效，而節(jié)點(diǎn)一旦破壞，那么修復(fù)起來的難度非常大，故此，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)要遵循“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的基本概念，按照以下準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

2.1.1 節(jié)點(diǎn)的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的承載力；

2.1.2 多遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)在彈性范圍內(nèi)工作；

2.1.3 罕遇地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力的降低不得危及豎向荷裁的傳遞；

2.1.4 梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)有可靠的錨固；

2.1.5 節(jié)點(diǎn)配筋不應(yīng)使施工過分困難。

2.2 鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

目前，各地震多發(fā)國家都在各自的規(guī)范和建議中提出了抗震粱柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法。通過對比分析，我們可以看出各個(gè)國家的規(guī)范在節(jié)點(diǎn)的沒計(jì)上不盡相同。如新西蘭的設(shè)計(jì)控制條件是節(jié)點(diǎn)的最小構(gòu)造配箍率，確定節(jié)點(diǎn)計(jì)算配箍量的“抗剪計(jì)算公式”以及作用剪力的上限。而美國、日本采用的是對最大作用剪力和對最小配箍率的兩個(gè)設(shè)計(jì)控制條件。我國現(xiàn)行規(guī)范從三個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，即節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面驗(yàn)算、受剪承載力計(jì)算和構(gòu)造措施。不難看出，我國和新西蘭的控制條件是一樣的。基于目前條件所限，很難說某個(gè)國家的好與壞。我國主要是參考國外經(jīng)驗(yàn)及研究成果外，并結(jié)合我國首批抗震框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果，制定的比較合理的控制條件，較為適合我國的特點(diǎn)。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)中嚴(yán)把以下三個(gè)控制條件：

2.2.1 對作用剪力的上限的控制。即我國《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010--2002)第11.6.3條規(guī)定，框架粱柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的水平截面應(yīng)符合下列條件：

式中，hj為框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的截面高度，可取驗(yàn)算方向的柱截面高度；bj為框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的截面有效驗(yàn)算寬度： 為正交粱對節(jié)點(diǎn)的約束影響系數(shù)，當(dāng)樓板為現(xiàn)澆，梁柱中線重合，四側(cè)各梁截面寬度不小于該側(cè)柱截面寬度的1/2，且正交方向梁高度不于較高框架梁高度的3/4時(shí)，可取 j=1.5，對9度設(shè)防烈度，宜取 j=1.25，當(dāng)不滿足上述約束條件時(shí)，取 j=1.0。

2.2.2 確定定節(jié)點(diǎn)計(jì)算配箍量的“抗剪計(jì)算公式”。即我國《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500lO一2002)第11.6.4條規(guī)定：框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震受剪承載力，應(yīng)符合下列條件：

式中，N為對應(yīng)于考慮地震作用組合剪力設(shè)計(jì)值的節(jié)點(diǎn)上柱底部的軸向力設(shè)計(jì)值(當(dāng)N為壓力時(shí)，取軸向壓力設(shè)計(jì)值的最小值，且當(dāng)N>0.05fcbchc時(shí)，取N=0.05fcbchc;當(dāng)N為拉力時(shí)，取N=0)；Asvj為核心區(qū)有效驗(yàn)算寬度范圍內(nèi)同一截面驗(yàn)算方向箍筋各肢的全部截面面積；hbo為梁截面有效高度，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)粱截面高度不等時(shí)，取平均值。

2.2.3 對最小構(gòu)造配箍率的控制。即《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2001)第6．3．14條規(guī)定：框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋的晟小間距和最小自徑宜按本章表6.3.8采用，一級、二級、三級框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12，0.10，0.08，且體積配箍率分別不宣小于O.6％，O.5％和0.4％。柱剪跨比不大于2的框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍特征值不宜小于核心區(qū)上、下柱端的較大配箍特征值。

3 結(jié)論

目前，節(jié)點(diǎn)區(qū)變形能力不足或耗能能力差，是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)震毀的主要原因。結(jié)構(gòu)計(jì)算理論多假定節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞集中在構(gòu)件端部，通過實(shí)際的震害及實(shí)驗(yàn)未得到充足的驗(yàn)證。所以，加深分析框架節(jié)點(diǎn)在動(dòng)力作用下的損傷發(fā)展路徑及其主要影響因素的作用機(jī)理。就目前而言，國內(nèi)外對于節(jié)點(diǎn)的研究大都集中在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪能力和節(jié)點(diǎn)區(qū)的配箍設(shè)計(jì)上，對影響節(jié)點(diǎn)抗震性能的許多因素，如剪跨比、節(jié)點(diǎn)區(qū)加載模式、梁柱承載能力比值等的影響機(jī)制尚不明確。在機(jī)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中提倡將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為“梁鉸”耗能機(jī)構(gòu)或混合耗能機(jī)構(gòu)。在地震等隨機(jī)荷載作用下，只有明確了加載模式和構(gòu)件承載力對節(jié)點(diǎn)區(qū)抗震性能的影響，才有可能實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)體系耗能機(jī)制的設(shè)計(jì)。為了在設(shè)計(jì)中真正地實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”等設(shè)計(jì)原則，必須更好地控制塑性鉸的出現(xiàn)位置、成鉸機(jī)制、節(jié)點(diǎn)區(qū)塑性發(fā)展方向、確保塑性鉸的長度，提高塑性鉸耗能能力。目前的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)理論尚無法實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此，通過節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)和理論研究發(fā)展新的基于延性的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算理論是提高框架體系抗震能力的切實(shí)途徑。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

武鵬（1969.6），男，江蘇泗洪縣，職稱：工程師，學(xué)歷：大專，主要研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。