钢筋混凝土框架节点抗震性能探讨

柯秋鸿　陆伟文

【摘 要】 材料工程学是建筑行业研究的重点内容，在长期施工实践及材料配制中已取得了先进的成果。本次分析了钢筋混凝土材料的应用特点，对其框架中节点抗震设计提出了合理化建议。

【关键词】 混凝土；框架；节点抗震；性能

钢筋混凝土是现代建筑物广泛使用的材料，其改变了过去单一组合形式的建筑物体，增强了整个建筑的耐久性能。为了更好地利用钢筋混凝土，施工单位应注重钢筋结构抗震性能的控制，加强节点施工质量的控制与维护，避免因节点薄弱而发生质量病害现象。

一、钢筋混凝土的特点

早期建筑行业普遍采用混合料作为施工材料，旧混凝土多数采用胶凝材料与集料胶等配合成符合材料，基本满足了简单结构的建筑使用要求。基于材料工程学指导下，混凝土材料开始植入钢筋作为支护结构，利用钢筋网或单个构件实施加强处理，保证了钢筋混凝土的应用性能。钢筋混凝土的特点：

1、牢固性。单一混凝土仅利用胶结料、粗细集料等原材料，按照行业规定比例混合而成，这种混合料改变了过去水泥材料筑造的缺陷，从某种程度上增强了建筑结构的使用价值。经过一段时间的施工改造，建筑行业研制了性能更好的应用材料，钢筋混凝土成为了功能级别更高的框架体[1]。此种混凝土选配相同质地的钢筋作为配合物质，植入普通混合料中加工处理，综合改善了混凝土结构的牢固性，从局部结构改善了混凝土的使用功能。

2、耐久性。对于钢筋混凝土来说，其耐久性特点表现于建筑结构的使用寿命，因添加了钢筋材料为框架支护体，建筑物使用寿命得到了显著的改善，如表1。从表中可以看出，无论是大、中、小型建筑物，试验勘测数据都显示，建筑物应用钢筋混凝土材料后的寿命得到延长，寿命误差范围5-10年，这说明植入了钢筋，框架的耐久性得到增强。

3、灵活性。钢筋安装使用具有很强的灵活性，不仅适用的建筑范围广阔，且不易受到外在条件变化而发生性能的改变。近年来，国内70%以上的建筑物倡导使用钢筋混凝土结构，涉及到商用建筑、民用建筑等主要工程范围，不仅现场施工的操作流程便捷，钢筋后期的使用性能更为优越。例如，选用高强受力性能的钢筋作为支撑体，减小了建筑物本身的自重，使钢筋混凝土结构承受的重力荷载更大。

二、影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素

在钢筋混凝土框架结构的延性设计上，“强剪弱弯，强柱弱梁，更强节点”已经成为工程界的共识。钢筋混凝土结构在地震作用下，通过塑性耗能机构避免在较强的地震作用下结构产生严重损伤和在更强地震作用下发生危及生命安全的局部或整体失效。影响节点抗震性能的主要因素有：

1、节点的配箍率。实验发现提高节点水平箍筋配箍率能有效提高节点抗震性能；当配箍率达到一定大小后对节点抗震性能提高作用将不再明显[2]。另外，节点竖向箍筋对框架节点的抗剪能力也有贡献。相反，节点的配箍率不合标准，也会破坏混凝土的抗震能力。

2、节点区纵筋的锚固长度。锚固长度过小会降低节点的抗剪强度，使节点发生锚固破坏。许多工程实践证明，节点区锚固长度过小，混凝土抗震性能减弱30%-40%，属于一种潜在的病害风险。因此，锚固长度需要大于一定的范围才可保证节点抗剪强度的充分发挥，这对于钢筋混凝土框架的抗震能力产生很大的作用。

3、直交梁。钢筋加入混凝土材料中的优越性明显，从牢固性、耐久性、灵活性等方面，可看出其独特的建筑性能。实验表明，直交梁对框架节点核心区的混凝土具有约束作用，能够提高框架节点的抗剪承载力。设置直交梁可以扩大钢筋混凝土框架的整体性能，避免外界受力状态对钢筋混凝土结构造成的破坏，维持了钢筋混凝土框架功能的正常发挥。

4、梁柱的受力特征和承载能力。梁柱的受力特征和承载能力对节点抗震性能的影响很复杂，如：柱的轴压比仅在一定范围内可增加节点延性；剪压比和节点配箍率的影响，这为节点抗震设计提供了更多的指导[3]。

5、钢筋混凝土框架结构的延性是反映结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载力没有显著降低情况下的变形能力。对于延性大的结构，其产生的塑性变形也大，但永久变形太大，结构可能在重力作用下引起坍塌，也可能使结构的损坏部位不可修复。因此，在钢筋混凝土框架结构的设计上，必须综合考虑一定程度的承载能力和一定范围的延性。

三、基于抗震理论研究的结构处理方法

钢筋混凝土框架在受力状态下，如果遭受到震动的冲击，将破坏建筑物体的稳定系数。受震状态下钢筋混凝土框架节点容易引发多种病害，这种病害扩散到整个混凝土结构中。受震状态下，比较常见的混凝土病害包括：变形、裂缝、坍塌，具体情况如下：

1、变形。经过一段时间应用发现，钢筋混凝土框架中存在着薄弱点，这种薄弱点会在外力作用下发生异常变形，破坏了钢筋混凝土原有的受力性能。变形危害是由于钢筋混凝土框架整体性不足，影响了整个钢筋结构功能的持久发挥。一般情况下，钢筋混凝土承受的外力荷载均有临界值规定，超出这个临界值后会发生钢筋变形，钢筋节点处发生了几何位移。从外在形态看，钢筋混凝土有整体的位移现象。为了解决这一受震病害，应注意受力临界值的控制，由施工人员根据监测数据进行调整。

2、裂缝。建筑物使用阶段若处于外力震动作用下，钢筋混凝土框架节点位置的状态相对不稳定，如（图1），钢筋处于混凝土内发生受力挤压而破坏了混凝土原有的结构，震动力从外至内而造成的裂缝现象[4]。例如，外力震动使节点处钢筋发生严重的变形，混凝土受内外力作用而产生变形裂缝。从建筑工程理论来说，节点是钢筋混凝土框架中的连接体，其能够把不同种类的材料进行组装连接，保证了建筑结构的整体完整性。施工人员应控制节点的连接质量，保证好钢筋混凝土结构对外的抵抗能力。

3、坍塌。通常，建筑物处于受震状态多数是自然灾害所致，地震是引起钢筋混凝土框架受损的主要原因，这种外在受力变化对建筑物的危害很大。坍塌是钢筋混凝土结构建筑物完全受损的严重表现，多数是在强烈地震作用下造成的建筑物受损形式。例如，现代建筑物一般采用5-7级抗震标准，建筑物在此地震范围内不会出现结构性损坏。外在地震超过安全级别时，受强震状态下的钢筋混凝土框架节点也失去了稳固性状态。根据钢筋混凝土框架节点的位置，增加建筑体的抗震支护设施，控制节点处病害的扩散范围。

四、结论

分析影响钢筋混凝土框架中节点抗震性能的因素，提出解决受震状态病害的处理方式，有助于保障建筑物的使用性能。

参考文献

[1] 李旭红.钢筋混凝土框架节点抗震设计尺寸控制的探讨[J].西南科技大学学报，2010，12（03）：32-34

[2] 王晓伟.框架结构节点设计与施工的质量控制[J].华章，2010，18（3）：22-24

[3] 尚宏伟.钢纤维高强混凝土框架节点梁截面曲率延性的试验研究[J].河南建材，2010，28（16）：43-45

[4] 刘春华.浅谈异形柱框架结构设计[J].四川建材，2010，20（6）：19-21