浅析框架梁、柱节点域抗剪超限的原理及解决方法

浅析框架梁、柱节点域抗剪超限的原理及解决方法
作者：何然
来源：《教育教学论坛》 2013年第26期
何然
（湖北工程学院城市建设学院，湖北孝感432100）
摘要：新版《建筑抗震设计规范》GB5001-2010，加强了框架结构节点核心区截面抗震验算，自其实施以来，在PKPM（2010版）软件抗震验算过程中，尤其是高抗震设防烈度区，出现梁、柱节点域抗剪超限的问题时有发生，本文将结合个人在实际工程中做结构设计时的计算实例，
与大家分享经验，浅析梁柱节点域抗剪超限的原理及解决方法，主要内容包括框架梁、柱节点
域抗剪超限的含义解读；《建筑抗震设计规范》中关于节点核心区组合的剪力设计值的计算原理；《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，框架梁、柱节点核心区的受剪承载力验算；以及
个人在中国石油内蒙古销售公司八拜油库改扩建项目，综合办公楼结构设计中框架梁柱节点域
抗剪超限解决的计算实例。

关键词：节点域抗剪超限；节点核心区；节点抗震验算；建筑抗震设计
中图分类号：G642.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）26-0174-02
一、框架梁、柱节点域抗剪超限的含义
框架梁、柱节点域抗剪超限是指其节点核心区组合的剪力设计值超过规范限制，即。

如果
说“强柱弱梁，强剪弱弯”是提高结构变形能力的设计精髓，那么节点核心区截面抗震受剪承
载力验算就是实现“强节点弱构件”的关键，也是建筑结构抗倒塌能力的关键。

节点域内抗剪
设计不足，遇到地震时会造成剪切破坏，属于脆性破坏，无征兆，致使建筑物瞬间垮塌。

新版《建筑抗震设计规范》GB50011-2010也增加了三级框架节点核心区抗震验算的规定。

查阅《建
筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》，两者对节点核心区抗震验算规定基本相同，但
后者对计算公式符号定义较前者详细，且式中较前者多了βc；前者较后者单给出了扁梁框架
的梁柱节点规定，后者较前者明确规定了框架节点区的锚固和搭接要求。

两者分别称为“节点
核芯区”、“节点核心区”，一字之差，足矣鉴域之重。

二、节点核芯区组合的剪力设计值计算原理
依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，附录D.1.3，节点核芯区组合的剪力设计值，
应符合下列要求：
综合《建筑抗震设计规范》规定，结合实际验算经验，逐个注解以上式中的计算参数以及
需要注意的地方：ηj：当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，9度区一级抗震宜采用1.25；其他情况均采用1.0；
fc：依据《混凝土结构设计规范》4.1.4-1混凝土强度等级对应的轴心抗拉强度设计值取值；
bj：当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用该侧柱截面宽度
bc ，当小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用下列二者的较小值：
①bj=bb+0.5hc（bb———梁截面宽度；hc———验算方向的柱截面高度）
②bj=bc
hj：可采用验算方向的柱截面高度hc
γRE：承载力抗震调整系数，可采用0.85，依据《抗规》5.4.2相关规定。

三、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，框架梁、柱节点核心区的受剪承载力验算依
据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，11.6.3，框架梁柱节点核心区的受剪水平截面应符
合下列条件：
可见与《建筑抗震设计规范》节点核芯区组合的剪力设计值验算公式相近，式中多了βc，依据《混规》6.3.1规定，βc为混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，βc
取1.0，当混凝土强度等级为C80时，βc取0.8；其间按线性内插法确定。

其余计算参数与
《建筑抗震设计规范》节点核心区组合的剪力设计值验算公式相同。

四、中国石油内蒙古销售
公司八拜油库改扩建项目中综合办公楼框架柱节点域抗剪超限解决的计算实例八拜油库建设地
区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g，综合办公楼结构选型为框架结构，建
筑层数3层，梁板柱砼等级为C30。

在利用PKPM辅助设计软件SATWE做抗震验算时，检查出模
型存在以下超限信息：
N-C为节点号，（30）为内力组合号，即以上梁柱节点的节点域抗剪超限，不满足《混凝
土结构设计规范》11.6和《建筑抗震设计规范》附录D.1.3的规范要求。

根据下面规范公式：
查看PKPM计算过程，FFC=0.35*fc*H*B=1251，0.35应为0.3/0.85所得，且式中ηj正交
梁的约束影响系数取1.0，而模型中柱截面为500X500，梁宽250，满足《建筑抗震设计规范》。

附录D.1.3中对ηj的规定：满足当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该
侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，因此验算结果应为：
满足规范要求。

五、技术分析及总结
依据《建筑抗震设计规范》6.2.14，节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位，《混凝土结构设计规范》也对节点核心区做了明确规定。

在结构设计中针对规范中的抗震验算规定，进行验算，当验算不满足规范要求时，宜先检查ηj正交梁的约束影响系数是否正确，再针对fc、bj、hj进行合理调整，如提高砼强度等级标号，增加节点域面积，能够有效提高抗剪承载力，直到满足规范要求。

参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范GB50010-2010[DB/OL].[2011-07-
01].http：///view/18cbfef6f90f76c661371a26.html.
[2]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范GB50011-2010[M].中国建筑工业出版社，2010.
[3]中国建筑科学研究院.PKPM-SATWE说明书[Z].2010.。