混凝土框架结构梁柱节点抗震结构设计研究

【关键词】混凝土框架；结构梁柱；节点抗震；设计研究  

　　近几年，我国地震十分频繁，导致许多建筑屋倒塌、毁坏，影响人们的人生安全及财产。据地震局的大量预测，我国大陆地区已进入第五个地震活跃期，地震的破坏性极强，活跃性强，预测无法十分准确，所以，在应在设防水平定上下功夫，设防水平若定的太低，就可能在自然灾害作用下由于结构破坏带来巨大的生命和经济财产损失，因而确定恰当的设防水平是个重要的问题。另外，我们对建筑物的抗震设计需要加以重视。在建筑物施工时，整个框架结构节点直接影响了整个结构体系，是混凝土框架结构节点核心区域，是主体结构的重要组成部分。因此节点要求具有足够的强度，以抵抗相邻构件承受的各种荷载，保证整个结构体系坚固和安全可靠。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区，节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重时会引起整个框架的倒毁。 

　　1 钢筋混凝土框架结构的抗震设计原则 

　　1.1 遵从强减弱弯的原则 

　　在钢筋混凝土结构构件抗震设计时，要遵循强减弱弯的原则，同时保证结构构件的良好延性，因为延性的好坏直接影响到弹性变形后是否持续保持变形的能力，结构构件若具有好的延性则能大量吸收地震作用的能量，大大减小结构的地震作用，如何能保证结构的良好延性，必须在施工时，避免混凝土压碎，锚固失效、剪切破坏等脆性破坏的发生。同时在构件的抗震设计中，限制受拉纵向钢筋配筋率、增加受压纵向钢筋、增配箍筋、加大钢筋锚固长度，对受压构件应控制其轴压比 (N/fcA)不过大。 

　　2 钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震设计 

　　根据梁柱节点特殊的受力特点及较弱的抗震性能，历次地震以来，都造成了相当大额破坏，在对梁柱节点进行设计时，要特别注意，避免类似的问题发生。 

　　2.1 钢筋混凝土框架节点的设计准则 

　　钢筋混凝土框架节点设计是十分重要的，框架节点作为框架梁柱构件的公共部分，起到一定的连接作用，若节点失效，将直接导致与之相连的梁柱直接失效，而节点一旦破坏，那么修复起来的难度非常大，故此，在节点设计时要遵循“强节点弱构件”的基本概念，按照以下准则进行设计： 

　　2.1.1 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力； 

　　2.1.2 多遇地震时，节点应在弹性范围内工作； 

　　2.1.3 罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷裁的传递； 

　　2.1.4 梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固； 

　　2.1.5 节点配筋不应使施工过分困难。 

　　2.2 钢筋混凝土框架梁柱节点设计 

　　目前，各地震多发国家都在各自的规范和建议中提出了抗震粱柱节点的设计准则和设计方法。通过对比分析，我们可以看出各个国家的规范在节点的没计上不尽相同。如新西兰的设计控制条件是节点的最小构造配箍率，确定节点计算配箍量的“抗剪计算公式”以及作用剪力的上限。而美国、日本采用的是对最大作用剪力和对最小配箍率的两个设计控制条件。我国现行规范从三个方面来进行设计控制，即节点核心区截面验算、受剪承载力计算和构造措施。不难看出，我国和新西兰的控制条件是一样的。基于目前条件所限，很难说某个国家的好与坏。我国主要是参考国外经验及研究成果外，并结合我国首批抗震框架节点试验结果，制定的比较合理的控制条件，较为适合我国的特点。因此我们应该在设计中严把以下三个控制条件： 

　　2.2.1 对作用剪力的上限的控制。即我国《混凝上结构设计规范》(GB 50010--2002)第11.6.3条规定，框架粱柱节点核心区的水平截面应符合下列条件： 

　　式中，hj为框架节点核心区的截面高度，可取验算方向的柱截面高度；bj为框架节点核心区的截面有效验算宽度： 为正交粱对节点的约束影响系数，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于较高框架梁高度的3/4时，可取 j=1.5，对9度设防烈度，宜取 j=1.25，当不满足上述约束条件时，取 j=1.0。 

　　2.2.2 确定定节点计算配箍量的“抗剪计算公式”。即我国《混凝上结构设计规范》(GB500lO一2002)第11.6.4条规定：框架梁柱节点的抗震受剪承载力，应符合下列条件： 

　　式中，N为对应于考虑地震作用组合剪力设计值的节点上柱底部的轴向力设计值(当N为压力时，取轴向压力设计值的最小值，且当N>0.05fcbchc时，取N=0.05fcbchc;当N为拉力时，取N=0)；Asvj为核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋各肢的全部截面面积；hbo为梁截面有效高度，节点两侧粱截面高度不等时，取平均值。 

　　2.2.3 对最小构造配箍率的控制。即《建筑抗震设计规范》(GB 50011―2001)第6．3．14条规定：框架节点核心区箍筋的晟小间距和最小自径宜按本章表6.3.8采用，一级、二级、三级框架节点核心区配箍特征值分别不宜小于0.12，0.10，0.08，且体积配箍率分别不宣小于O.6％，O.5％和0.4％。柱剪跨比不大于2的框架节点核心区配箍特征值不宜小于核心区上、下柱端的较大配箍特征值。 

　　3 结论 

　　目前，节点区变形能力不足或耗能能力差，是导致框架结构震毁的主要原因。结构计算理论多假定节点区破坏集中在构件端部，通过实际的震害及实验未得到充足的验证。所以，加深分析框架节点在动力作用下的损伤发展路径及其主要影响因素的作用机理。就目前而言，国内外对于节点的研究大都集中在节点核心区抗剪能力和节点区的配箍设计上，对影响节点抗震性能的许多因素，如剪跨比、节点区加载模式、梁柱承载能力比值等的影响机制尚不明确。在机构体系设计中提倡将框架结构设计为“梁铰”耗能机构或混合耗能机构。在地震等随机荷载作用下，只有明确了加载模式和构件承载力对节点区抗震性能的影响，才有可能实现对结构体系耗能机制的设计。为了在设计中真正地实现“强梁弱柱”“强节点，弱构件”等设计原则，必须更好地控制塑性铰的出现位置、成铰机制、节点区塑性发展方向、确保塑性铰的长度，提高塑性铰耗能能力。目前的节点设计理论尚无法实现这些设计目标。因此，通过节点实验和理论研究发展新的基于延性的节点设计计算理论是提高框架体系抗震能力的切实途径。 

　　参考文献 

　　[1]金伟良，邸小坛，徐有邻.《混凝土结构设计规范》修订简介(三)：混凝土结构的耐久性设计[J].建筑结构.2011,4(12):2011- 2013. 

　　[2]石伟明，常涛，范栋，宋园园 结构改造中新增梁柱节点抗震性能的有限元分析江苏建筑2011,4(12):221-223.