钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究

周 楚 兵

(武汉科技大学城市学院，湖北 武汉 430083)

钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究

周 楚 兵

(武汉科技大学城市学院，湖北 武汉 430083)

介绍了钢筋混凝土框架节点的优势，对钢筋混凝土框架节点抗震性能的部分影响因素进行了分析，并提出了几种常见的设计方法，实现了为实际工程中的抗震设计提供一些参考依据的效果。

钢筋混凝土，框架节点，抗震性能

1 概述

回顾历史，国内多个地区曾经遭遇到严重的地震灾害，迄今为止，国内外对地震的预报技术和水平有待提高，因此直接导致了房屋、建筑设施很容易受到破坏。对于钢筋混凝土框架自身的结构来说，它的水平抗侧移的刚性程度比较而言，是较差的，当地震来临的时候，往往会发生水平方向的位移，而且幅度一般都是较大的，如果位移的发生幅度，远远超过了规定的极限，那么一定会出现结构性的破坏。

节点，通常指的是框架梁和柱的传力枢纽部分，同时也作为框架的最薄弱部位。国内外历年来那些大地震的发生可以看出，多数钢筋混凝土框架的节点，当地震发生时，将会出现一定程度的损毁，所以节点的抗震性能研究方面，早就引起了相关工作人员的重视，特别是随着科学技术的发展，相关工作人员都意识到钢筋混凝土，其在建筑领域应用所带来的实用性，但仍务必完善它的配筋，以便于能够合理提高钢筋混凝土在地震中表现出的抗震性能。

钢筋混凝土框架节点具有显著的优势，其在结构已经达到规定的，且是最不利非弹性反应出现之前，将不会产生常见的剪切失效现象，同时也带有相当程度的耗能作用。钢筋混凝土框架结构所具有的延性，重点是体现结构在荷载起到作用的情况下，当进入到非线性状态过程后，假设承载力并未大幅度降低时的变形能力，相对延性较大的结构来说，它产生的塑性变形也将会较大，但永久的变形如果过于大，结构方面，将会在重力的强大作用下发生坍塌事故，也容易使结构的受损部分以后无法完成修复，所以说，在钢筋混凝土框架结构考虑到设计工作时，一定要考虑到承载能力以及相应范围的延性作用。

2 钢筋混凝土框架节点的抗震性能影响因素

2.1 材料的强度因素

混凝土的强度，通常都是影响着框架节点的抗剪能力，对于肩负着荷载的混凝土框架节点部分，混凝土自身的强度如果越高，那么梁Q柱的截面尺寸将相应的越小，混凝土框架节点中心区域的混凝土承剪截面同时也会随着减小，在相应程度的配箍率条件下，抗震性能方面容易出现不利的一面。

2.2 水平方向的箍筋

在混凝土框架的节点部分，加上水平的封闭箍筋，可起到两方面的作用，首先对混凝土的框架节点中心区域的混凝土做出作用明显的约束力，可加大轴向位置荷载的转移作用；其次，肩负相应的水平剪力，能够加强混凝土框架节点的抗剪承受程度。因此配箍合理的混凝土框架节点中心区域如果产生贯通裂缝后，混凝土肩负的剪力也随着变化，即不断增大，所有的箍筋屈服，混凝土与箍筋同一时刻起着作用，令节点中心区域受到剪切承载力，处于损毁时达到最大程度。

2.3 竖直方向的箍筋

在水平方向荷载不断作用的基础上，混凝土框架节点中心区域的混凝土产生交叉斜裂缝，剪力的转移，从斜压杆逐渐过渡到水平方向箍筋肩负水平分力Q柱、纵向的钢筋肩负竖直方向的分力，设置竖直方向的箍筋能够肩负混凝土框架节点的剪力竖直方向分量，降低混凝土的压力，这样便可以增大混凝土框架节点的抗剪承受能力，但是不便于实际施工。

2.4 柱的纵向钢筋因素

柱纵向钢筋，往往需要依据抗弯的实际要求来进行设置，沿着柱的截面高度方向，依据构造的标准，也要配备对应的纵向钢筋，此时的纵向钢筋和水平箍筋，同时对混凝土的框架节点中心区域的混凝土产生双向的约束作用，所以，适宜排列柱纵向钢筋，在增强混凝土框架节点的抗剪承受力方面，具有显著的贡献。

2.5 直交梁的因素

纵观历史，多次地震灾害与试验的结果分析显示：框架平面垂直方向，和框架节点相交的直交梁，在混凝土框架节点中心区域的混凝土上面产生约束的作用，这样便可以增强混凝土框架节点的抗剪承受能力。

2.6 楼板因素

混凝土框架节点的外围楼板，对节点中心区域同样起着约束的作用，那些和梁轴平行的楼板钢筋，和梁上部分的受力钢筋一起进行工作。假设涉及到楼板当做梁翼缘，当受弯时起到作用，那么就要适当增大节点的剪力数值。

2.7 预应力因素

在框架节点处施加一定的预应力，那么能够令框架节点中心区域混凝土的约束变大，此刻是双向的受力过程，这样混凝土框架节点的抗剪承受能力增大。如果借助于混凝土框架节点中心区域无粘结特征的预应力钢筋，减小中心区域混凝土面积，使混凝土框架节点的抗剪承受能力减弱。

2.8 偏心因素的影响

在高层建筑设施的设计过程中，如果希望建筑物的立面出现和外墙以及柱面持平的视觉效果，或者出现凹凸不平的现象，往往将梁Q柱中心线错列安置，众多大偏心混凝土框架节点由此产生，此刻混凝土框架节点受到类似于附加扭矩次的内力施加一定的作用，剪力在节点内的转移过程不再简单，因此相对于无偏心混凝土框架节点，偏心混凝土框架节点的抗剪承受能力较弱。

2.9 异形柱节点因素

T型柱混凝土的框架节点抗剪承受能力很弱，混凝土框架节点，在梁屈服之后，立刻变成通裂的状态，假设梁的宽度大于柱腹板的宽度，在柱腹板外的梁纵筋，框架节点处锚固非常弱。

2.10 反复荷载的因素

当反复荷载起作用的时候，材料和构件的强度将会减弱，粘结锚固的性能同时也会退化，剪切变形不断增大。考虑到混凝土框架节点内部，剪应力交替变化着其方向，中心区域斜向裂缝的开合轮流进行，因此混凝土框架节点中心区域的抗剪承受能力以及剪切刚度减弱。

2.11 斜向地震的双轴效应因素

如果地震发生时，其作用的方向和建筑的主轴方向有差异，将会令两个方向的梁同时屈服，此刻作用在节点对角斜面上剪力的大小，可能是另外方向的2倍大小，但当斜裂缝面对的箍筋，和一个方向受到剪力过程中遇到的箍筋具有一样的数量。所以说，斜向地震发生时，混凝土框架节点的强度与刚度显著变弱。

3 常见的设计方法

3.1 加强型的梁柱连接

加强型的梁柱连接，即对梁柱连接处做出个别的局部强化处理，借助于传统柱连接的工艺，增大梁端翼缘和腹板，其方式主要涵盖在梁端装配水平加劲肋和竖向加劲肋等等。依据构造形式，加强型梁柱包括翼缘板、盖板、侧板加强型和直接扩翼型四大类。

3.2 构造措施的研究

构造措施，即梁、柱和剪力墙塑性铰区，按照要求需满足塑性转动与耗能能力。强柱弱梁的实际施工，对构造措施产生一定的影响。

1)梁的构造措施。

梁塑性铰截面的延伸性能，和众多因素息息相关，按照规范标准，对梁的纵筋最大与最小配筋率、箍筋较大区域的长度、最大间距和最小直径等等都要有严格规定，此外,还要对梁的最小宽度和高宽比也做出适当的规定。

2)柱的构造措施。

柱是压弯型的受力零件，轴压比在延伸性能和耗能性方面带来的影响明显。因此，对柱子的纵筋配筋率、最大间距和最小直径等参数也要做出细致的规定。此外，对柱子的高宽比、剪跨比和宽度也要做出相应的规定,以便于增大抗震方面的性能。

3)节点构造措施。

节点在梁柱钢筋的锚固部分，在结构性能方面的影响较大。若要在地震和竖向荷载起作用的情况下,节点核心区的剪压比较低时，应该为该区提供相应约束，使节点在不好的情况下抗剪能力可以得到保持，梁柱纵筋的可靠锚固也要得到保证。

4)剪力墙的构造措施。

若要使剪力墙的延伸性能和耗能方面得到保证，避免大的裂缝出现，应对剪力墙的周围构件制定详细标准，此外也要对剪力墙的轴压比制定出相应的标准，同时要使剪力墙承重能力和侧向刚度得到保证，最小墙厚要做出具体规定。

4 结语

混凝土框架结构的节点，在抗震性能方面与建筑设施能否承受相应损毁息息相关，在节点抗震性能影响方面有不同的因素，同时强化处理的方法在混凝土框架结构中，其使用范围逐渐广泛，在众多方法中，加强型的梁柱连接是重要的设计方法，可以显著增强混凝土框架结构抗震性能，使建筑设施抗震性能在地震中大幅度增强。

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Study on anti-seismic performance and design methods of steel reinforced concrete frame joint

ZHOU Chu-bing

(CollegeofCity,WuhanUniversityofScience&Technology,Wuhan430083,China)

The thesis introduces steel reinforced concrete frame joint merits, analyzes factors influencing anti-seismic performance of steel reinforced concrete frame, and puts forward some design schemes, which has provided some basis for realizing anti-seismic design of actual engineering.

steel reinforced concrete, frame joint, anti-seismic performance

1009-6825(2014)30-0053-02

2014-08-17

周楚兵(1981- )，男，讲师

TU375.4

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