鋼筋砼寬柱雙梁節點抗震性能研究

吳梅梅 杜祥帥 鄭銘凱 陳甜 王雪

摘? ? 要：步入21世紀以來，伴隨著國民經濟的飛速發展，城市的建設以及人們生活水平得到了很大程度的進度，以往普遍運用的磚砌體結構已不能滿足當今人們的需要，加之人口增長、舊城改造等任務的繁重，催促著建筑技術的發展與進步。在已經遍地高樓大廈的今天，安全首要放在第一位，城市改造可謂是牽一發而動全身，這也成為了各地政府亟待解決的主要問題。在一些建筑風貌重要的城市，相關部門會全力保護建筑物的風貌，因此會根據建筑物的使用要求在不改變其風貌的基礎上進行加固和改造，托換結構便由此得到了飛速的發展，同時結構的綜合效益相當高，滿足安全性、適用性和經濟性三大原則。寬柱雙梁結構體系最大的特點就是原有結構的受力性能在托換階段不會發生改變，同時在托換后形成的新結構體系中原有的結構受力性能也不會發生改變。與傳統結構體系相比，整體布置方便、簡單靈活，在提高房間使用面積的同時，深受業主的青睞。鋼筋砼寬柱雙梁節點具有節約資源、環境友好、滿足社會需求的優點，本文正是基于這種背景下，對改造后的房屋的抗震性能進行研究。

關鍵詞：寬柱雙梁;節點;風貌;抗震;研究

1? 起源背景

二十一世紀以來，我國發生了多次重大地震，都造成了大量房屋的破壞、倒塌，導致了嚴重的經濟損失和人員傷亡。通過大量的破壞數據表明，主要是節點破壞尤其是節點受剪破壞。后來經過專業學者的調查研究發現，房屋大多數破壞都是發生在梁柱節點處，未能實現“弱構件、強節點”的設計原則，核心受力區的破壞形態主要是縱向鋼筋保護層剝落，中部核心區混凝土酥裂、脫落，柱中縱向鋼筋受壓向外彎曲，箍筋被混凝土向四周撐斷。

這次教訓讓研究者深切認識到節點抗震性能的重要性，因此節點設計方法的提出必須具有科學性和合理性，這樣推廣運用可以更加的廣泛，更好的保證安全性，這樣我們才能夠進步，不再重蹈覆轍。二十世紀八十年代，國內外學者相繼展開了節點抗震性能的研究，開始了系統的對鋼筋混凝土平面框架中間中端節點以及錯相位施加低周往復荷載的雙向受力節點進行了試驗研究。

2? 節點研究帶來的認知

通過鋼筋混凝土空間框架中節點實驗，發現節點中梁筋粘結錨固性能對節點受剪承載力的影響較小，但是由于對節點的延性有較大的影響，接著對梁筋進行滑移時，發現節點的耗能大大降低，但是延性和耗能能力有明顯不足。

雖然實驗的內容和方向不完全相同，參數上也存在一定的的差別，但最后都對鋼筋混凝土寬柱雙梁結構的研究邁出了重要的一步，也為之后寬柱雙梁節點的研究提供了一定的基礎。寬柱雙梁是老舊建筑改造新興的一種理念，主要作用于建筑物的承重結構上，保障寬柱核心區的受力特性，使其能夠最大程度的保證改造后的建筑安全，主要應用于砌體結構的改造過程，按照其使用材料的不同，可將其分為鋼筋混凝土托換技術和型鋼雙梁托換技術兩種;按照托換梁的數目可以將其分為單梁托換結構和雙梁托換結構。框架體系由寬柱、未拆除墻體、連接板、傳剪器、外貼墻體和節點等組成，即在改造過程中，在原結構柱的周圍再增加一定的寬度，與雙梁形成組合結構，在新增的雙梁之間，布置合理的連接鋼筋。

因此，對于節點抗震性能研究來說提高節點的抗剪承載能力己經成為其最重要一環。早在二十世紀初期，就有學者發現地震之后框架節點破壞程度很小，但是并未在抗震規范設計中對節點進行特性的規定。 規定依據于：房屋層數較少，梁柱尺寸較大，節點接觸體積也較大，帶來了更好的抗剪承載力，但這樣構建在早期配筋率一般不會太高， 并且大多采用低碳鋼，具有很好的延性，但節點核心處的受力構造并未引起人們的注意，這樣就在長期使用后造成了節點核心區配很少的箍筋，有時甚至連構造箍筋也不配置，這樣施工更加簡便。

3? 托換方案和原則要求

在二十一世紀初期，隨著社會需求的不斷變化托換技術開始廣泛應用于實際生產生活中，關于砌體結構的改造加固的方法越來越多的使用托換技術。

托換結構一般是將原來較小的空間砌體結構通過托換加固變成更加安全、更加寬敞的框架結構，因此方案的選擇就至關重要。托換方案通常要考慮以下三個原則：①托換后的結構能夠滿足現代社會的使用功能要求;②加固后結構的整體安全性不能夠削弱;③改造后的結構和重建相比能夠獲得更大的經濟效益和社會效益。同時砌體結構在擴大空間的改造工程中具有較大的危險性，所以選擇何種結構是托換方案選擇考慮的重點。

4? 發揮夾墻和雙梁的協同作用

現如今大多數的研究節點主要集中于平面上，即梁和柱的荷載都在一個平面內。節點的破壞往往是由于多種彎矩、內力、扭轉、剪力等作用下引起的，梁柱節點一般在節點區域的柱子端部發生塑形破壞。最近幾年，國內外學者對不同形式的空間節點展開了低周往復荷載下的抗震試驗研究。基于試驗研究重點分析節點的抗震性能、破壞特征、延性及耗能能力、受力機理，并對其進行了系統的分析和歸納。

通過對比分析發現，雖然平面節點增加了縱梁的寬敞空間，使得試件有了更好的抗剪承載力，但是與平面節點比較得知，該類節點的延性明顯比平面節點好，這是由于梁柱之間的連接產生了較小的滑移，現實中不能完美的連接，實驗中對其進行低周往復荷載的作用，節點核心區域更容易發生剪切破壞。在低周往復荷載作用下，雙梁之間的夾墻部分在最開始就出現了開裂，隨著試驗的進行，這部分逐漸出現了嚴重的脫落。因此，在實際工程中應該采取一定的措施使夾墻和雙梁能夠更好的協同工作，并采取一定的防護措施，避免夾墻脫落帶來的財產生命的損失。

5? 節點抗震性能研究

對于節點抗震性能的研究，為模擬節點在地震作用下的受力情況，一般有兩類加載方案：一種是柱端施加水平荷載或者位移，此時梁能左右移動而上下受約束，模擬彎矩和剪力的產生;另一種加載方案是在梁的自由端施加豎直往復荷載或者位移，柱子保持垂直狀態，頂部施加荷載用來模擬軸力。這兩種加載方式都是通過加載端的變形來實現實際地震的影響。

在抗震性能研究上，低周往復加載試驗是研究節點抗震性能最直接的手段之一，但是由于試驗觀測內容以及研究的參數比較局限。利用有限元模型模擬分析節點在低周往復荷載作用下的受力情況可以作為試驗研究的有效補充。寬柱雙梁節點構件分別由三種材料屬性完全不同的混凝土、砌體和鋼筋構成，而且混凝土本身的材料性能決定了其顯著的非線性特點，在荷載作用下易開裂，鋼筋混凝土結構在不同材料、結構形式以及受力狀態下所發生的破壞形式也各具特點。主要表現為構件破壞過程中的變形、裂縫出現的情況及構件的破壞機理，不同構造形式的構件其破壞形式也各具特色。目前，國內外主流的計算模型主要是依靠試驗基礎加上理論分析或者根據純理論推導而出，導致大多數的計算模型各不相同，而且同一種形式的破壞機理也可能因為數據的不同導致模型上的差異，而有限元分析方法有效的解決了這一問題。

參考文獻：

[1] 張連德.鋼筋砼空間框架節點抗震性能的研究[J].建筑結構學報，1987（2）.

[2] 李振寶.鋼筋混凝土梁扳柱空間節點抗震性能試驗研究[J].世界地震工程，2009（3）.

[3] 萬海濤，韓小雷，季靜.基于性能設計方法的鋼筋混凝土柱構件分析[J].中南大學學報，2010（4）.