摘要：針對節(jié)點(diǎn)在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的重要性，本文提出了鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)參考，探討了鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理，分析了提高鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能的措施以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全經(jīng)濟(jì)。
　　關(guān)鍵字：鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
　　引言
　　鋼筋混凝土在建筑工程中起著很重要的作用。在框架結(jié)構(gòu)中，它不僅能傳遞和分配內(nèi)力，還保障了工程結(jié)構(gòu)的整體性，它還是連接梁柱的重要部分。它在框架中起著傳遞內(nèi)力、分配內(nèi)力和保證結(jié)構(gòu)整體性的作用，但框架結(jié)構(gòu)易受各種因素的影響，所以這就在混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有更高的要求。
　　1.鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理
　　鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理是指通過合理的計(jì)算假定模式，描述由梁、板、柱傳來的內(nèi)力在框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的傳遞和由此產(chǎn)生的各種破壞形式。當(dāng)前，主要有三種理論：斜壓桿機(jī)理、剪摩擦機(jī)理、桁架機(jī)理。這三種框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理，被應(yīng)用于各種不同的破壞形式和設(shè)計(jì)規(guī)范中。例如，新西蘭的框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以斜壓桿和桁架機(jī)理共同作用為依據(jù)，而美國則以梁剪機(jī)理和斜壓桿機(jī)理為主。
　　2.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
　　在鋼筋混凝土框架中,節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求如下:
　　1、節(jié)點(diǎn)在性能上，使用荷載特性應(yīng)表現(xiàn)出與其相鄰構(gòu)件相同。
　　2、節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有安全和堅(jiān)固的強(qiáng)度,它足以抵抗相鄰構(gòu)件使用所承受的最不利荷載,在必要時(shí)甚至可抵抗幾倍的荷載。
　　3、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)該簡單,并且易于施工。
　　4、梁柱節(jié)點(diǎn)處可以使用極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)法。
　　3.鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)要注意的因素
　　在地震作用下，框架節(jié)點(diǎn)經(jīng)受著很大的水平剪力，使得節(jié)點(diǎn)處容易產(chǎn)生剪切脆性破壞。其破壞特征表現(xiàn)為：節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土出現(xiàn)斜向交叉裂縫；混凝土和柱縱向鋼筋產(chǎn)生粘結(jié)開裂，混凝土保護(hù)層剝落；縱向鋼筋混凝土壓屈成燈籠狀等，最終導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)核心區(qū)失效，同時(shí)也意味著交匯于節(jié)點(diǎn)的全部梁、柱失效。影響框架節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度的主要因素有以下幾個(gè)。
　　3.1材料信息
　　混凝土強(qiáng)度直接影響框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力。承受一定荷載的框架節(jié)點(diǎn)，混凝土強(qiáng)度越高，則梁、柱的截面尺寸越小，框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的承剪截面也相應(yīng)減小，但在一定配箍率下，對其抗震性能反而不利。
　　3.2節(jié)點(diǎn)形式
　　GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第11.6.7條提供了按框架節(jié)點(diǎn)在框架中所在位置的不同，所產(chǎn)生的四種基本形式：框架中間層的中間節(jié)點(diǎn)(╋型)和框架中間層的端節(jié)點(diǎn)(┣型)、框架頂層中間節(jié)點(diǎn)(┳型)、框架頂層端節(jié)點(diǎn)(┏型)。對于╋型節(jié)點(diǎn)，框架梁的上部縱向鋼筋貫穿中間節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)震作用下，框架節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁端可能均達(dá)到屈服，框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受到很大的剪力，容易發(fā)生核心區(qū)剪切破壞。對于┣型節(jié)點(diǎn)，柱抗彎承載力較大，“強(qiáng)柱弱梁”比較容易滿足，但梁筋的錨固相對薄弱，梁筋易發(fā)生粘結(jié)滑移，角柱節(jié)點(diǎn)受力最為不利。對于┳型節(jié)點(diǎn)，梁的縱筋可直通錨固，水平荷載作用下，柱抗彎承載力弱于梁，柱端易產(chǎn)生塑性鉸。對于┏型節(jié)點(diǎn)，梁、柱的縱筋均需在框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)錨固，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力較復(fù)雜，易產(chǎn)生破壞。
　　3.3軸壓比
　　試驗(yàn)研究表明，在一定范圍內(nèi)軸向壓力可提高框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的抗剪承載力。由于柱軸向壓力的作用，在框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土開裂以前，柱截面受壓區(qū)面積加大，斜壓桿作用加強(qiáng)。當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)，混凝土塊體間產(chǎn)生咬合力。隨著軸壓比的增大，抗剪承載力相應(yīng)增大，但當(dāng)軸壓比超過某一臨界值時(shí)，框架節(jié)點(diǎn)受壓區(qū)混凝土產(chǎn)生微裂縫，使混凝土壓碎，抗剪承載力反而降低。
　　3.4剪壓比
　　為了防止框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)斜拉破壞或斜壓破壞，必須控制剪壓比，即限制配箍率，避免框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的破壞先于箍筋的屈服。
　　3.5水平箍筋
　　在框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置水平封閉箍筋，一方面對框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土產(chǎn)生有利約束，增強(qiáng)傳遞軸向荷載的能力。另一方面承擔(dān)部分水平剪力，提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。由試驗(yàn)得出，配箍適當(dāng)?shù)目蚣芄?jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)貫通裂縫后，混凝土承擔(dān)的剪力繼續(xù)增加，箍筋全部屈服，混凝土與箍筋同時(shí)充分發(fā)揮作用，使節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力在破壞時(shí)達(dá)到最大。而對于配箍較高的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生貫通斜裂縫時(shí)，混凝土抗剪承載力達(dá)極值，但箍筋應(yīng)力還很低，混凝土破壞先于箍筋屈服，使得節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力達(dá)不到預(yù)期的最大值，箍筋的作用不能充分發(fā)揮。
　　3.6豎向箍筋
　　節(jié)點(diǎn)在水平反復(fù)荷載作用下，框架節(jié)點(diǎn)核心混凝土出現(xiàn)交叉斜裂縫后，剪力的傳遞由斜壓桿作用過渡到水平箍筋承擔(dān)水平分力、柱縱向鋼筋承擔(dān)豎向分力以及平行于斜裂縫的混凝土骨料咬合力所構(gòu)成的桁架抗剪機(jī)制，設(shè)置豎向箍筋可承擔(dān)框架節(jié)點(diǎn)剪力的豎向分量，減少混凝土的負(fù)擔(dān)，因此可以提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力，但施工不太方便。
　　3.7柱縱向鋼筋
　　通常按抗彎要求設(shè)置，沿柱截面的高度方向，按構(gòu)造規(guī)定也相應(yīng)配置一定數(shù)量的縱向鋼筋。這些縱筋與水平箍筋聯(lián)合對框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土形成雙向約束。因此，合理布置柱縱向鋼筋對提高框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力有一定作用，但增加柱縱向鋼筋不象增加水平箍筋那樣能顯著地提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。
　　3.8樓板
　　框架節(jié)點(diǎn)四周的樓板對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)具有約束作用，與梁軸平行的樓板鋼筋與梁上部受力鋼筋同時(shí)工作。如果考慮樓板作為梁翼緣在受彎過程中發(fā)揮的作用，則應(yīng)相應(yīng)地提高節(jié)點(diǎn)的剪力計(jì)算值。
　　4．節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)
　　節(jié)點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度等級與柱相同或接近，這樣就可以保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和延性的要求。但是，由于施工的實(shí)際過程中，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土與水平構(gòu)件是同時(shí)澆注的，因此梁柱混凝土強(qiáng)度等級要求相差不宜大于5MPa。節(jié)點(diǎn)中必須配置足夠的箍筋，節(jié)點(diǎn)的箍筋能起到約束混凝土的作用，提高混凝土的強(qiáng)度和變形能力，防止混凝土剪切破壞，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)延性。抗震設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)配筋按計(jì)算和有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋一律采用封閉式，抗震設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的封閉箍筋末端應(yīng)有135。彎鉤，彎鉤端部直線長度不小于10倍的箍筋直徑。柱中的縱筋不宜在節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)切斷，梁上部鋼筋貫通中間節(jié)點(diǎn)，梁端、柱頂鋼筋均應(yīng)按照規(guī)定的要求在節(jié)點(diǎn)內(nèi)有堅(jiān)固可靠的錨固。
　　4.1強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)的核算
　　框架柱的延性通常比梁的延性小，因此為了防止框架柱首先出現(xiàn)塑性鉸而導(dǎo)致嚴(yán)重后果，對一、二級抗震等級設(shè)計(jì)的框架節(jié)點(diǎn)，必須嚴(yán)格按照強(qiáng)柱弱梁的要求，柱端的受彎承載力大于梁端的受彎承載力，以保證塑性鉸首先發(fā)生在梁上，梁比柱先屈服。
　　4.2框架節(jié)點(diǎn)截面設(shè)計(jì)
　　框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞與交節(jié)點(diǎn)處梁柱破壞順序有很大的關(guān)系。調(diào)查表明，在不同烈度地震作用下的結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性程度也不同。同時(shí)，梁對節(jié)點(diǎn)也有明顯的約束作用。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)儲備有一定的潛力，節(jié)點(diǎn)的截面尺寸、核心區(qū)混凝土強(qiáng)度等級都是直接影響結(jié)點(diǎn)質(zhì)量的重要因素。但當(dāng)結(jié)點(diǎn)四邊都有梁時(shí)，梁的存在增加了對核心區(qū)混凝土的約束作用，能提高節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。
　　4.3框架節(jié)點(diǎn)抗剪驗(yàn)算
　　節(jié)點(diǎn)的水平剪力，通常由混凝土斜壓桿和剪切鋼筋（箍筋）一起承擔(dān)。當(dāng)進(jìn)行非抗震和三、四級抗震等級框架設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以不進(jìn)行抗剪驗(yàn)算。試驗(yàn)表明，混凝土斜壓桿截面積是隨柱端的軸力增加而增大的，但當(dāng)軸壓比增大到一定程度，節(jié)點(diǎn)抗剪承載力不再隨軸壓比增加而增加。因此，為了當(dāng)柱子處于大偏壓受壓狀態(tài)時(shí)，防止受拉鋼筋未達(dá)到屈服而混凝土先被壓碎，柱子出現(xiàn)剪切破壞，要限制軸壓比。
　　5．結(jié)語
　　總之，通過對鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力原理以及提高鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能的因素和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要素的分析，我們得知在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)時(shí)，要綜合“概念設(shè)計(jì)”和“構(gòu)造措施”，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全和經(jīng)濟(jì)。
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