钢筋混凝土框架结构节点设计问题探讨
关键字：钢筋混凝土；框架结构；节点设计
引言
钢筋混凝土在建筑工程中起着很重要的作用。在框架结构中，它不仅能传递和分配内力，还保障了工程结构的整体性，它还是连接梁柱的重要部分。它在框架中起着传递内力、分配内力和保证结构整体性的作用，但框架结构易受各种因素的影响，所以这就在混凝土框架结构的设计上有更高的要求。
1.钢筋混凝土框架节点的受力机理
钢筋混凝土框架节点的受力机理是指通过合理的计算假定模式，描述由梁、板、柱传来的内力在框架节点核心区的传递和由此产生的各种破坏形式。当前，主要有三种理论：斜压杆机理、剪摩擦机理、桁架机理。这三种框架节点的受力机理，被应用于各种不同的破坏形式和设计规范中。例如，新西兰的框架节点设计以斜压杆和桁架机理共同作用为依据，而美国则以梁剪机理和斜压杆机理为主。
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、节点在性能上，使用荷载特性应表现出与其相邻构件相同。
2、节点应具有安全和坚固的强度,它足以抵抗相邻构件使用所承受的最不利荷载,在必要时甚至可抵抗几倍的荷载。
3、节点构造应该简单,并且易于施工。
4、梁柱节点处可以使用极限强度设计法。
3.钢筋混凝土框架节点设计时要注意的因素
在地震作用下，框架节点经受着很大的水平剪力，使得节点处容易产生剪切脆性破坏。其破坏特征表现为：节点核心区混凝土出现斜向交叉裂缝；混凝土和柱纵向钢筋产生粘结开裂，混凝土保护层剥落；纵向钢筋混凝土压屈成灯笼状等，最终导致节点核心区失效，同时也意味着交汇于节点的全部梁、柱失效。影响框架节点抗剪强度的主要因素有以下几个。
3.1材料信息
混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力。承受一定荷载的框架节点，混凝土强度越高，则梁、柱的截面尺寸越小，框架节点核心区混凝土的承剪截面也相应减小，但在一定配箍率下，对其抗震性能反而不利。
3.2节点形式
GB50010-2002混凝土结构设计规范第11.6.7条提供了按框架节点在框架中所在位置的不同，所产生的四种基本形式：框架中间层的中间节点(╋型)和框架中间层的端节点(┣型)、框架顶层中间节点(┳型)、框架顶层端节点(┏型)。对于╋型节点，框架梁的上部纵向钢筋贯穿中间节点，强震作用下，框架节点两侧梁端可能均达到屈服，框架节点核心区受到很大的剪力，容易发生核心区剪切破坏。对于┣型节点，柱抗弯承载力较大，“强柱弱梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角柱节点受力最为不利。对于┳型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下，柱抗弯承载力弱于梁，柱端易产生塑性铰。对于┏型节点，梁、柱的纵筋均需在框架节点核心区内锚固，节点核心区受力较复杂，易产生破坏。
3.3轴压比
试验研究表明，在一定范围内轴向压力可提高框架节点核心区混凝土的抗剪承载力。由于柱轴向压力的作用，在框架节点核心区混凝土开裂以前，柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强。当混凝土出现裂缝时，混凝土块体间产生咬合力。随着轴压比的增大，抗剪承载力相应增大，但当轴压比超过某一临界值时，框架节点受压区混凝土产生微裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力反而降低。
3.4剪压比
为了防止框架节点核心区出现斜拉破坏或斜压破坏，必须控制剪压比，即限制配箍率，避免框架节点核心区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。
3.5水平箍筋
在框架节点内配置水平封闭箍筋，一方面对框架节点核心区混凝土产生有利约束，增强传递轴向荷载的能力。另一方面承担部分水平剪力，提高框架节点的抗剪承载力。由试验得出，配箍适当的框架节点核心区出现贯通裂缝后，混凝土承担的剪力继续增加，箍筋全部屈服，混凝土与箍筋同时充分发挥作用，使节点核心区受剪承载力在破坏时达到最大。而对于配箍较高的节点，当节点核心区产生贯通斜裂缝时，混凝土抗剪承载力达极值，但箍筋应力还很低，混凝土破坏先于箍筋屈服，使得节点核心区的抗剪承载力达不到预期的最大值，箍筋的作用不能充分发挥。
3.6竖向箍筋
节点在水平反复荷载作用下，框架节点核心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水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制，设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量，减少混凝土的负担，因此可以提高框架节点的抗剪承载力，但施工不太方便。
3.7柱纵向钢筋
通常按抗弯要求设置，沿柱截面的高度方向，按构造规定也相应配置一定数量的纵向钢筋。这些纵筋与水平箍筋联合对框架节点核心区混凝土形成双向约束。因此，合理布置柱纵向钢筋对提高框架节点抗剪承载力有一定作用，但增加柱纵向钢筋不象增加水平箍筋那样能显著地提高框架节点的抗剪承载力。
3.8楼板
框架节点四周的楼板对节点核心区具有约束作用，与梁轴平行的楼板钢筋与梁上部受力钢筋同时工作。如果考虑楼板作为梁翼缘在受弯过程中发挥的作用，则应相应地提高节点的剪力计算值。
4．节点构造设计要点
节点的混凝土强度等级与柱相同或接近，这样就可以保证节点的强度和延性的要求。但是，由于施工的实际过程中，节点区混凝土与水平构件是同时浇注的，因此梁柱混凝土强度等级要求相差不宜大于5MPa。节点中必须配置足够的箍筋，节点的箍筋能起到约束混凝土的作用，提高混凝土的强度和变形能力，防止混凝土剪切破坏，增强节点延性。抗震设计时节点内配筋按计算和有关规定执行。框架节点内箍筋一律采用封闭式，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。柱中的纵筋不宜在节点范围内切断，梁上部钢筋贯通中间节点，梁端、柱顶钢筋均应按照规定的要求在节点内有坚固可靠的锚固。
4.1强柱弱梁节点的核算
框架柱的延性通常比梁的延性小，因此为了防止框架柱首先出现塑性铰而导致严重后果，对一、二级抗震等级设计的框架节点，必须严格按照强柱弱梁的要求，柱端的受弯承载力大于梁端的受弯承载力，以保证塑性铰首先发生在梁上，梁比柱先屈服。
4.2框架节点截面设计
框架节点区的破坏与交节点处梁柱破坏顺序有很大的关系。调查表明，在不同烈度地震作用下的结构进入非弹性程度也不同。同时，梁对节点也有明显的约束作用。在抗震设计时应注意对节点设计储备有一定的潜力，节点的截面尺寸、核心区混凝土强度等级都是直接影响结点质量的重要因素。但当结点四边都有梁时，梁的存在增加了对核心区混凝土的约束作用，能提高节点的抗剪能力，设计时应加以考虑。
4.3框架节点抗剪验算
节点的水平剪力，通常由混凝土斜压杆和剪切钢筋（箍筋）一起承担。当进行非抗震和三、四级抗震等级框架设计时，节点可以不进行抗剪验算。试验表明，混凝土斜压杆截面积是随柱端的轴力增加而增大的，但当轴压比增大到一定程度，节点抗剪承载力不再随轴压比增加而增加。因此，为了当柱子处于大偏压受压状态时，防止受拉钢筋未达到屈服而混凝土先被压碎，柱子出现剪切破坏，要限制轴压比。
5．结语
总之，通过对钢筋混凝土框架节点的受力原理以及提高钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素和节点设计要素的分析，我们得知在设计钢筋混凝土框架节点时，要综合“概念设计”和“构造措施”，确保结构设计安全和经济。
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