02钢筋混凝土框架顶层端节点的设计方法及构造措施

第!!卷第"期建筑结构#$$!年"月钢筋混凝土框架顶层端节点的设计方法及构造措施———《混凝土结构设计规范》（%&’$$"$—#$$#）有关新增条文背景介绍傅剑平白绍良（重庆大学土木工程学院($$$(’）［提要］介绍了在已有试验研究成果及设计经验基础上起草的《混凝土结构设计规范》（%&’$$"$—#$$#）新增抗震及非抗震框架顶层端节点有关条文的背景情况，并提出了应用这些条文的相应建议，供设计人员参考。

［关键词］钢筋混凝土框架梁柱节点顶层端节点&)*+,-.+/0+12+.3+*).,45+4+*42.61+*784*，45+1+8+9).401-92*2-.*-.*+2*:23).,.-.*+2*:23;-145++/4+12-1<-2.4*2.4-0=*4-1>-;?@;1):+*2*),,+,2.!"#$%"&’$()*+"%!"+,&$-$.-&/,-/&$(（%&’$$"$—#$$#）A B-1+.62.++14-7.,+1= *4).,2.6).,7*2.645+01-92*2-.*，45+C)3D61-7.,-;45+E-1D*2*2.41-,73+,A!"#$%&’(：?@;1):+；<-2.4；4-0*4-1>；,+*26.:+45-,；3-.*417342-.*钢筋混凝土框架顶层端节点因其受力状况的特殊性，需要给出专门的设计方法和构造措施。

在上一版《混凝土结构设计规范》（%&F"$—G H）于二十世纪G$年代进行修订时，修订组已经意识到需要对此作出规定，但因缺乏试验依据，只好暂时留作空缺（见规范%&F"$—G H第I J#J!条的注）［"］。

针对这一需要，在规范第四批科研课题中列入了相应的研究计划。

从"H G K到"H H$年，由原重庆建筑工程学院白绍良和北京有色冶金设计研究总院周起敬负责，先后共完成了“框架顶层边节点静力性能试验研究”（其中完成了考虑负弯矩受拉钢筋不同搭接方案及其它参数影响的#G个近足尺梁柱组合体的单调加载试验）和“框架顶层边节点抗震性能试验研究”（其中完成了考虑负弯矩受拉钢筋不同搭接方案及其它参数影响的#$个近足尺梁柱组合体的低周交变加载试验）两个试验研究项目［#］。

其中选用的梁、柱负弯矩受拉钢筋搭接方案是在听取设计单位，特别是北京市建筑设计研究院、北京钢铁设计研究总院和北京有色冶金设计研究总院有关专家的意见后选定的。

在试验研究成果通过专家鉴定后，《建筑物抗震构造详图》（H(%!#H（一））［!］选用了其中经过试验验证的梁、柱负弯矩受拉钢筋搭接方案。

由周起敬主编的《混凝土结构构造手册》［(］也给出了各种经过试验验证的可供选择的梁、柱负弯矩受拉钢筋搭接方案。

更晚出版的《混凝土结构施工图平面整体表示法制图规则和构造详图》（$$%"$"）［’］也给出了类似的构造措施建议。

此次规范修订，在总结已有试验研究成果和工程设计经验的基础上提出了条文建议。

经全国有关单位和专家多次讨论、审查，最终形成了修订后新规范第"$章和第""章中的有关规定［K］。

一、框架顶层端节点的受力特点在非抗震情况下，应根据竖向及水平荷载的相对大小判断顶层端节点是只受组合负弯矩作用，还是除去组合负弯矩外，还可能受组合正弯矩作用。

在设防烈度较低的抗震框架中，顶层端节点出现组合正弯矩的可能性相对较小；当设防烈度较高时，一般都需要考虑框架在地震激励下左右晃动时，顶层端节点交替受较大的组合负弯矩和较小的组合正弯矩作用，并分别进入屈服后变形状态的可能性。

如图"所示，当顶层端节点区无其它外弯矩和外力传入时，不论节点受负弯矩还是正弯矩作用，梁端弯矩0C总等于柱端弯矩03，梁端剪力值1C总等于柱端轴力值23，梁端轴力值2C总等于柱端剪力值13。

这表明，经节点内折角穿过节点的任意一个斜截面（如图"中的截面!，"）中的弯矩总等于梁端（截面#）弯矩和柱端（截面$）弯矩，顶层端节点所在接头区可以视为一根H$L折梁。

因此，其配筋构造从分别抵抗组合负弯矩或组合正弯矩的角度看应满足下列要求：（"）在负弯矩作用下，当梁、柱尺寸选得恰好相互匹配时，梁上部受拉钢筋可以与柱外侧设在梁宽范围内的受拉钢筋经节点边缘连续布置（其它有关构造要求见下文），或者将梁、柱负弯矩受拉钢筋在节点区及其附近搭接，以保证图"所示各斜截面都具有与梁、柱端截面相同的抗弯能力。

因此，在某些工程设计中偶尔见到的将柱外侧纵筋伸到柱顶，将梁上部纵筋按在框架中间层端节点处带H$L弯折的方式锚固在节点内的做法（图#）无疑是错误的，因为梁、柱负弯矩受拉钢’，(图&（$）所示。

其中梁、柱端截面受拉钢筋拉力(%标准分享网 免费下载心种特又使压的78（0"""6#%#%$6%6）（-）式中：!78为承载力抗震调节系数；"6为正交梁对节点的约束影响系数，对顶层端节点始终取"69,50；#%为/混凝土强度的影响系数；!!，"!分别为节点核心区水平截面有效验算宽度和核心区水平截面高度，按修订后规范第""#$#%条［$］的规定取用。

对三、四级抗震等级的顶层端节点则应按非抗震情况下的防止核心区混凝土斜向压溃的控制条件，即按后面式（%）进行验算。

对于一、二级抗震等级使用的控制条件式（&）与三、四级抗震等级以及非抗震情况使用的控制条件式（%）之间的关系，在后面进一步讨论。

&#防止核心区混凝土在负弯矩受拉钢筋弯弧内侧局部受压破坏的措施修订后规范采用限制该弯弧最小内半径的方法来防止弯弧下混凝土的局部受压破坏，具体规定是根据试验结果并参考工程经验做出的，详见修订后规范第""#$#’条第(款第%段的有关规定［$］。

这项规定也是需要严格遵守的。

%#负弯矩受拉钢筋的构造措施若如前面所述，梁、柱截面尺寸恰好匹配，则完全可将梁宽范围内的柱外侧负弯矩受拉钢筋伸至柱顶，再水平弯入梁上部，直接作为梁的负弯矩受拉钢筋使用。

梁宽以外的柱负弯矩受拉钢筋则宜沿柱顶水平伸到柱内边后截断，如图)所示。

若该钢筋水平段弯入柱顶最上面一层钢筋位置，则截断端还应设置向下的*+,弯钩，其弯折段的竖向投影长度不宜小于)#（图)（-））。

这是因为该水平段上部保护层较薄，且无竖向箍筋约束，当负曲率较大时该筋水平段可能向上弹起，掀掉节点顶面的混凝土保护层。

这一现象在试验中已多次出现。

若水平段弯入柱顶第二层钢筋位置，因上面保护层有足够厚度，则可不设*+,弯折（图)（.））。

筋与梁不矩导标准分享网 免费下载梁、柱端。

不论出现哪种情况，都不会给框架抗震性能带来不利影响。

对于柱筋伸入梁内的后一种情况，修订后规范并未对柱筋伸入梁内的最小长度做出规定。

本文认为，可能有必要使柱筋伸入梁内不致过短（例如不小于!"!和"／!中的较小值，其中!为伸入梁内#"为梁截面有效高度）。

这主要是为了的柱筋直径，"#"防止柱筋伸入梁内过短时可能从柱筋截断点处生成较陡的斜裂缝，由于这种斜裂缝交到的箍筋过少，有可能沿该斜截面过早发生剪切失效。

而这种失效方式在试验中已经出现过。

（!）位于柱顶侧的直线搭接方案（修订后规范图$"%&%&#）在试验中此方案试件所选的做法是柱外侧负弯矩受拉钢筋全部伸到柱顶后截断，梁负弯矩受拉钢筋则全部伸到柱外边，并向下延伸到满足一定搭接长度后截断（图$"（’））。

这时梁负弯矩受拉钢筋一般已伸到梁底标高以下，施工时需将梁筋的相应长度先浇注在柱混凝土内。

这一方案的优点是柱顶水平钢筋不致过于拥挤，便于自上而下浇注混凝土。

对于顶层重力荷载较大，同时跨度较大，导致梁、柱负弯矩受拉钢筋用量偏大的多层工业框架，采用这一方案可能更为有利。

伤［!］。

但必须看到，该方案也存在以下两个问题。

首先，当梁截面!"!处和柱截面#"#处的负弯矩受拉钢筋在更大地震下达到屈服时，如图$%所示，梁、柱端截面$"$和%"%中的负弯矩!!&，!!’将明显大于设计该截面时所用的组合弯矩设计值!&，!’，因此，必须按此时的梁、柱端负弯矩!!&，!!’确定节点作用剪力"!(，并用这一节点剪力通过前面式（!）对节点核心区截面尺寸进行验算。

这有可能导致节点尺寸专门为此而增大的不利后果。

1（%）这也就是修订后规范的公式（$)-#-,）［.］，式中’&，(&)分别为梁截面的腹板宽度和有效高度。

!-防止核心区混凝土在负弯矩受拉钢筋弯弧内侧局部受压破坏的措施与抗震框架顶层端节点类似，仍用规定该弯弧最小内半径的方法来防止这类破坏的发生，具体规定见修订后规范第$)-#-,条第!段［.］。

%-梁、柱负弯矩受拉钢筋的配筋构造因非抗震框架顶层端节点以抵抗负弯矩作用为主，不论采用梁、柱负弯矩受拉钢筋连续布置的方案，还是在端节点处设置搭接接头的方案，其构造思路和作法均与抗震框架顶层端节点处类似。

当采用搭接方案时，仍推荐使用图*，$)所示两类搭接方案。

顶层端节点组合体试件的静力试验证明，所有构造规定可以保持不变，只是搭接长度中的)23应改为非抗震的)2。

具体规定见修订后规范第$)-#-#条［.］。

#-梁下部和柱内侧纵筋在节点区的锚固梁下部纵向钢筋应根据梁端截面是否受正弯矩作用以及在截面设计中是否将下部钢筋用作受压钢筋而分别按修订后规范第$)-#-!条的规定确定其在节点中所应采取的锚固措施。

柱内侧纵筋亦应视柱截面是否受正弯矩作用，按修订后规范第$)-#-%条确定其锚)$标准分享网 免费下载固措施。

当柱端无正弯矩作用时，柱内侧纵筋一般可简单伸至柱顶后截断。

!"节点配箍要求非抗震顶层端节点除应满足修订后规范的第#$"%"&条对各部位节点箍筋提出的通用构造规定外，当梁、柱负弯矩筋采用图’，#$两类搭接方案时，节点区箍筋尚应满足梁、柱纵向钢筋搭接接头区对箍筋直径和间距的要求（见修订后规范第’"%"!条）［&］。

四、对几个问题的讨论#"当顶层端节点处设有外伸悬臂梁时，悬臂梁根部弯矩、框架梁端弯矩与框架柱端弯矩在该节点处应平衡。

但当悬臂梁上考虑永久荷载和可变荷载同时作用，因而根部弯矩最大时，柱端负弯矩通常并非最大；而在框架梁全跨有可变荷载作用，悬臂梁上无可变荷载作用时，柱端负弯矩通常方为最大。