钢筋混凝土框架结构节点设计

钢筋混凝土框架结构节点设计

【摘要】针对节点区的基本要求为：梁、柱等构件端部的弯矩、剪力、轴力必须通过节点区有效地向其相邻的各支承构件传递。由于目前设计施工中越来越倾向于采用大直径的钢筋和高强度混凝土，导致承担相同荷载时所需构件截面变小，节点区的截面尺寸也随之减小，形成对节点区受力不利的局面，因此对节点区的设计和构造要求变得更高，必引起足够的重视。

【关键词】钢筋混凝土；节点受力；框架结构；要点

1、节点的受力

钢筋混凝土框架结构节点的受力机理是指结构在荷载作用下，梁、板、柱构件受力后如何通过节点核心区传递给支座，以及结构由此产生的不同的行为表现或破坏形式。目前，节点受力机理主要有三种理论：斜压杆机理、剪摩擦机理和桁架机理。这三种框架节点的受力机理各有其特点，被应用于描述各种不同的破坏形式和不同国家的设计规范中。例如，新西兰以斜压杆和桁架机理共同作用为依据来设计架节点，而美国主要采用剪摩擦机理和斜压杆机理，我国则主要着眼于节点核心区的宏观受力性能，未涉及受力机理研究。

2、节点设计准则

在钢筋混凝土框架中，节点设计的基本要求如下：

1）节点应表现出与其相邻构件相同的使用荷载特性，节点的承载力不应低于其连接构件的承载力（强节点，弱构件）；

2）梁，柱纵筋在节点区应可靠锚固（强节点，强锚固）；

3）节点应具有足够的强度，足以抵抗最不利荷载条件下相邻构件所承受的内力，还必须有足够的安全系数，以抵抗各种偶遇荷载或设计中未考虑到的荷载；

4）多遇地震时，节点应处在弹性范围内；罕遇地震时，节点承载力允许有一定程度的降低，但不得危及竖向荷载的传递；

5）在满足承载力要求的条件下，节点构造应尽量简单，节点配筋应注意不应过分增加施工难度，以免影响施工效果；

6）梁柱节点的设计可以采用极限强度设计法，以充分利用材料。

3、节点设计时要注意的因素

在地震作用下，框架节点承受的水平剪力很大，容易使节点区产生剪切脆性破坏。其主要破坏特征为：节点核心区混凝土出现斜向交叉裂缝；柱纵向钢筋和混凝土之间的粘结力退化，混凝土开裂，保护层剥落；纵向混凝土压屈成灯笼状等，最终造成节点核心区破坏，其功能失效，同时也意味着与节点相连的全部梁、柱失效，结构丧失承载力。影响框架结构节点抗剪强度的主要因素有以下方面：

3.1材料性能

混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力。根据混凝土结构设计规范（gb50010— 2010），在梁柱截面不变的情况下，提高混凝土强度等级能提高框架梁柱节点核心区的受剪承载力。因此在其余条件一定的情况下，混凝土强度越高，则所需的梁、柱构件截面尺寸

越小，节点核心区混凝土承受剪力的截面也相应减小，在配箍率一定的条件下，不利于其抗震。

采用较低强度等级的混凝土时，会使水平剪力作用下节点处于过高的平均剪应力状态，造成节点区裂缝过早出现，导致混凝土碎裂，同时框架梁纵向钢筋在节点处的锚固效果也会受到影响。在水平剪力作用下，节点处混凝土与框架梁纵向钢筋之间的粘结力退化，纵筋与混凝土产生相对移动，影响到梁端塑性铰的形成，不利于内力重分布，强柱弱梁的设计无法满足而失效。

3.2水平箍筋

在框架节点内配置水平封闭箍筋，一方面能够承担一部分水平剪力，提高节点区抗剪承载力；另一方面箍筋能对核心区混凝土产生约束作用，使其传递轴向荷载的能力提高。试验结果表明，若配箍率适当，当框架节点核心区出现贯通裂缝后，混凝土还能够继续承担剪力，直至箍筋全部屈服。也就是说，箍筋屈服时混凝土也正好剪坏，混凝土与箍筋同时达到极限承载力，使节点核心区在破坏时达到最大受剪承载力。当节点处未配置箍筋或箍筋配置过少时，在剪力和压力共同作用下，箍筋不能对节点核心区混凝土起到足够的约束作用，混凝土强度无法得到充分发挥，节点核心区就可能出现斜拉破坏或斜压破坏。而当节点核心区配箍率较高时，当混凝土出现贯通斜裂缝时，混凝土达到抗剪承载力极值，但箍筋应力还很低，即箍筋屈服晚于混凝土破坏，使得箍筋作用不能充分发挥，节点核心区的抗剪承载力也达不到最大值。因此必须控制剪压比，即限制

核心区体积配箍率，避免框架节点核心区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。

3.3竖向箍筋

节点受水平反复荷载作用时，当节点核心区混凝土出现交叉斜裂缝后，剪力的传递由斜压杆作用过渡到桁架抗剪机制，即水平箍筋承担水平分力、柱纵筋承担竖向分力，平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力也承受一部分剪力。设置竖向箍筋可承担一部分节点区的竖向剪力分量，减少混凝土承担的荷载，从而提高了框架节点的抗剪承载力，但缺点是施工不太方便。

3.4柱纵向钢筋

通常根据抗弯要求或构造规定，柱截面的高度方向均应配置一定数量的纵向钢筋。这些纵筋与水平箍筋共同对框架节点核心区混凝土形成双向约束，可以在一定程度上提高节点抗剪承载力。但提高效果不如增加水平箍筋那样显著。

3.5楼板

当框架节点周围存在楼板时，板中与梁平行的钢筋与梁上部的受力筋共同作用，使楼板对节点核心区起到约束作用，则相应地可以提高节点的抗剪承载力。

4、节点构造设计要点

尽量使节点的混凝土强度等级与柱的相同或相近，这样就可以保证节点的强度和延性的要求。实际施工过程中，应使节点处的混凝土强度等级与柱的混凝土强度等级相差不超过5mpa。节点中必须配

置足够的箍筋，使之对核心区混凝土起到足够的约束作用，使混凝土处于多向受压的有利状态，提高其强度和变形能力，防止混凝土发生剪切破坏，增强节点延性。抗震设计时节点内配筋除应满足计算的承载能力要求外，还应符合相关的构造要求。节点核心区内一律采用封闭式箍筋，抗震设计时节点内的封闭箍筋末端应有135°弯钩，弯钩端部直线长度不小于10倍的箍筋直径，以保证钢筋锚固牢靠。柱中的纵筋在节点范围内宜保持上下贯通，梁上部钢筋也应贯通中间节点，梁端、柱顶钢筋均应按照相应构造要求设置，保证其在节点内的锚固坚固可靠。

4.1强柱弱梁节点的核算

一般情况下框架柱的延性要比梁的小，因此对抗震等级为一、二、三级的框架节点，必须严格按照“强柱弱梁”的要求，提高柱端受弯承载力的设计值，使柱端受弯承载力比梁端的大，以保证梁上先出现塑性铰，防止框架柱首先出现塑性铰进而发生屈服，导致严重后果。

4.2框架节点截面设计

调查表明，框架节点区的破坏与节点处梁柱破坏的先后顺序关系很大，不同烈度地震作用下结构进入非弹性的程度也不同。在抗震设计时应注意保证节点具有一定的强度储备，节点的截面尺寸、核心区混凝土的强度等级都是直接影响结点质量的重要因素。同时，梁对节点有明显的约束作用，当结点四边都有梁约束时，核心区混凝土处于多向受压的受力状态，其强度得到提高，从而能提高节点