關于框架結構梁柱節點區的混凝土強度探討

潘金和

（貴州交通職業技術學院， 貴州 貴陽 550008）

0 引言

在框架結構設計中，對于層數不多的鋼筋混凝土框架，由于柱子的軸向力小，混凝土強度取值較低也能滿足軸壓比限值的要求，為便于施工，常常將梁、板、柱的混凝土強度等級取為一致。但是對于層數較多的框架結構，由于柱子軸向力增大，為滿足軸壓比的要求，繼續采用低強度混凝土的話會使柱子截面積增大，減小了建筑物的使用空間。因此，在高層混凝土框架結構設計中，柱子的混凝土強度選用常隨著軸向力由大到小而逐漸降低，低樓層軸向力大，采用較高強度的混凝土，上部樓層軸向力小，采用強度較低的混凝土，這樣既不會使柱子截面過大，也是使凝土強度得到了充分利用，保證了設計的經濟性。

在底部樓層，柱的混凝土強度通常比較高，而梁板的混凝土強度通常都不會太高，這樣就使得梁、柱的混凝土強度等級不一致，那么對于梁柱交接處的節點區的混凝土是應該和梁一致還是應該和柱一致以及如何澆筑就成了問題。

1 圖集中的處理辦法

框架結構中，當框架梁和框架柱的混凝土強度等級不一樣時，節點區混凝土該如何澆筑，《國家建筑標準設計圖集08G101-11》給出了相應的處理辦法。現行的處理辦法是：

1.當框架柱混凝土強度等級超過框架梁一級或不超過二級但節點四周均有框架梁時，節點核心區的混凝土強度等級可與框架梁、板一致，施工時可先澆筑框架柱混凝土到框架梁底部，然后再同時澆筑框架梁、次梁和樓板的混凝土；

2.框架柱與框架梁混凝土強度等級相差不超過二級且節點四周不都設有框架梁時，如經驗算斜截面承載力滿足要求，節點混凝土強度等級亦可按梁板的混凝土強度等級相同澆筑；

圖1 梁柱節點做法示意

3.框架柱的混凝土強度等級高于框架梁超過二級時，或不超過二級且節點四周不全設有框架梁而斜截面承載力也不滿足要求時，梁板和框架柱的混凝土應分開澆筑，在節點外0.5倍梁高處用45°細鋼絲網隔開，節點核心區混凝土強度等級應取和框架柱相同，在節點混凝土初凝前澆筑框架梁、板的混凝土，且應加強混凝土的振搗和養護。

可以看出，按照現行施工圖集的規定，在某些情況下，當框架柱的混凝土強度等級高于框架梁時，節點區混凝土可以按照強度較低的梁板采用。

2 約束混凝土理論

混凝土受到軸向壓力時，將產生橫向變形，內部產生裂縫，隨著軸向壓力增大，內部裂縫擴展，使混凝土最后被壓壞。如果能夠對混凝土的橫向變形進行約束，限制裂縫的擴展，就能夠提高混凝土的抗壓強度和變形能力。根據這個原理，工程中將以受壓為主的柱子做成鋼管混凝土柱和螺旋箍筋柱，利用鋼管和螺旋箍筋對混凝土的約束作用，提高混凝土的抗壓能力。這種利用外部約束，改善混凝土原有的受壓特性，以提高其抗壓強度和延性的混凝土稱為約束混凝土。

混凝土受到的側向約束壓應力對σ-ε曲線的影響如圖2所示，從圖中可以看出，混凝土受到的約束越強，側向約束壓應力越大，其抗壓強度越高，延性越大。對此，一些一些學者也提出了受到約束后的混凝土強度相應的計算辦法。

胡海濤通過對高強約束混凝土棱柱體的軸心受壓試驗，分析了在一定縱向鋼筋配筋率下，配箍特征值、箍筋間距和箍筋形式等的影響，提出了高強約束混凝土的應力應變全曲線方程和復合方箍約束后的混凝土強度計算公式。

圖2 混凝土側向約束壓應力對σ-ε曲線的影響

從式中可以看出，配箍特征值越大，箍筋間距越小，則約束后的混凝土強度也越高。

3 討論

鋼筋混凝土結構的抗震設計思想是：強柱弱梁，強剪弱彎，強核心區強錨固。按照“強核心區強錨固”，節點核心區應該要強于梁柱的其他部位，那么圖集里面為什么規定當梁、柱混凝土強度不一樣時，節點核心區混凝土可以按照強度較低的梁板來采用呢，這個問題實際上可以用約束混凝土理論來解釋。

從廣義上講，鋼筋混凝土構件本身就是約束混凝土構件，縱向鋼筋和箍筋組成的鋼筋籠對內部核心區混凝土產生了約束，按照約束混凝土理論，受到鋼筋籠約束后的混凝土強度提高了，且提高的程度和構件自身的鋼筋籠配置情況密切相關。根據規范，抗震設計的框架梁端和柱端都要進行箍筋加密，由于箍筋加密，節點核心區的混凝土將受到較強的約束，因此，其抗壓強度也提高了。特別是節點四周均設有框架梁時，節點核心區將受到更強的約束，當梁柱的混凝土強度等級只相差一級以及不超過兩級時，雖然按梁板采用了低強度的混凝土，但是箍筋加密對混凝土的約束增強從而提高的抗壓強度足以彌補強度等級降低引起的強度不足。

當框架梁柱節點核心區四周不全設有框架梁時，則節點區混凝土受到的約束就相對減弱，若梁、柱混凝土強度等級相差兩級，混凝土受到約束后的強度提高不一定能抵消強度等級降低引起的強度不足，所以，我國圖集中規定當梁柱混凝土強度等級相差不超過兩級且節點四周不全設有框架梁時，需要進行斜截面承載力驗算滿足要求，才能與強度較低的梁板同時澆筑。

4 結語

按照約束混凝土理論，由于鋼筋籠對混凝土的約束，混凝土的抗壓強度實際上提高了，特別是梁、柱節點區，由于箍筋加密，混凝土強度提高得更多。如果考慮框架梁端、柱端箍筋加密對混凝土強度提高的貢獻，當框架柱的混凝土強度等級高于梁板一級或不超過二級但節點四周均設有框架梁時，節點核心區的混凝土強度可以按照強度較低的梁板的混凝土采用，這一做法和“強柱弱梁強節點”的這一思想并不矛盾。

[1]GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S]

[2]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S]

[3]國家建筑標準設計圖集08G101-11

[4]曹新明等.區域約束混凝土淺析[J].工程抗震與加固改造，2008，30(5)：112～115.

[5]過鎮海、時旭東. 鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學出版社，2003