钢筋混凝土框架变梁异型中节点设计研究

钢筋混凝土框架变梁异型中节点设计研究

摘要:在钢筋混凝土框架整体结构中,节点的作用至关紧要,同时节点又是结构受力体系中最为薄弱的环节,提高节点的抗震性能是保证整个结构安全的重要保证,本文就这个话题谈几点笔者的建议。

关键词:高层建筑框架节点受力

随着建筑防震要求的不断提高和施工技术水平的提升,钢筋混凝土高层建筑越来越多,而从防震的角度来看,必须有效地减小高层建筑上部建筑结构的重量,而环顾当下的施工实际,大量的高层建筑用的都是强度比较高的混凝土和直径比较粗的钢筋,从减少质量的要求出发,提高了材料的强度必然带来了构件几何尺寸的自然减小,势必也相应地减小了节点区的几何尺寸,如此一来导致了钢筋的表面及其周边混凝土之间的粘结锚固能力出现明显的下降,钢筋与混凝土在高应力区的相互作用能力比较差,容易导致钢筋出现滑移现象。加上目前的抗震性能研究大多是基于构件的强度和延性等等展开的,这些研究和应用大大地改善了梁柱的受力性能,不过节点的结构受力并未有太大的改变,笔者特撰写本文望能引起各位同行对钢筋混凝土框架变梁异型中节点设计的重视,笔者认为在设计过程中有几点应该特别关注。

1 钢筋混凝土框架节点的种类分析

在工民建工程实践中,高层建筑越来越多,建筑的结构体系也越发复杂,钢筋混凝土框架结构的应用自20世纪60年代开始,在工程中的

应用愈发广泛,多年来的研发和应用,其结构体系日趋成熟,形成了较为稳定的三种结构体系:(1)纯框架体系;(2)内框架体系;(3)框架一剪力墙结构体系。但是我们也发现虽然框架结构体系存在着一定的整体差异,不过节点在每一个体系中均为重要的结构部位,而且其受力状况与梁和柱等构件相比要复杂得多,同时节点的形式亦是多元化的。

如图1所示,在一p2 框架节点的荷载作用分析

一个混凝土框架结构在受到外荷载的作用时,中节点受力情况是相当复杂的,有:柱子传递过来的有轴向力、剪力和弯矩;梁传递过来有剪力和弯矩;如果梁、柱偏心时,节点还将受到扭矩的作用。

2.1 受竖向荷载作用分析

框架结构在受到竖向荷载作用时,中柱节点所受到的轴力、弯矩和剪力如图2所示。

2.2 受水平荷载作用分析

框架结构在受到水平荷载作用时,中柱节点的受力情况与受到竖向荷载作用时有所差异。具体受力情况如图3所示,主要的差异在于水平剪力比竖向荷载下的节点剪力要大出很多,如果发生地震,在地震的作用下水平结构将反复受力,从图3可以看出框架既可以向左倾斜,也向右倾斜的可能。

将图2和图3进行对比分析,我们可以看出水平荷载作用下节点

的抗剪是我们在设计过程中尤其值得重视的重要环节。

3 设计建议

“强柱弱梁,更强节点”是高层建筑抗震设计的重要指导思想,节点的设计应从该指导思想出发,通过增加节点的抗弯强度来引导梁端钢筋的屈服,同时我们也应该意识到增加了贯穿节点的钢筋也相应的增加了梁的纵筋,达不到相对提高节点抗弯能力的目的。大量研究和实验结果表明,在工程中采用钢骨高强混凝上能有效地改善节点的受力性能,不过在节点区增加型钢给施工带来了很大的难度,贯穿节点的梁柱纵筋很难布置。笔者认为,在具体的工程实践中应在节点区布置短钢筋,数量小少于受力钢筋的一半。

做法如图4所示,为了有效地防止节点区的钢筋发生滑移,笔者建议对短钢筋做一定程度的处理,通常做法可以将之与柱筋进行有效的焊接或者是给短钢筋在端头附加锚具,实践表明,采用图4的配筋方式,短钢筋可以有效地增加临近节点区的梁端抗弯能力,梁端塑性铰外移,箍筋也限制了斜裂缝的展开。

4 结语

总体而言,在框架的节点设计上,应重点把握以下几个方面。

(1)设计上应确保节点在梁和柱端受拉钢筋屈服之前多次往复受力的情况下具有足够大的承载力,有效地抵抗斜拉型及抗斜压型剪切破坏,这个是框架节点设计的最基本条件。(2)在满足承载力要求的基础上,应该从预计的变成程度出发,确保节点在梁和柱端屈服之后整个框架的水平变形在所预计的程度之内,反复受力的状态下节点的抗剪能力仍然足够的大,能有效防止结构被破坏。(3)保证节点在地震引起的动力反应过程中具有良好的工作性能,即应要求贯穿节点的粱柱筋具有较好的粘结状态,从而保证这些钢筋的粘结滑移量不致大到对框架抗侧向力刚度和滞回耗能能力产生过大不利影响的程度。同时也应通过对节点的适量配筋使节点本身保持足够的刚度和相对较好的滞回耗能能力。

参考文献

[1]冯乃谦,孙逸增,等.高强混凝土[R].沈阳:辽宁省建设科技情报中心站,1993．

[2]陈肇元,朱金铨,吴佩刚．高强混凝士及其应用[M].北京:清华大学出版社,1992.