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建筑框架结构论文建筑学论文:浅谈建筑框架梁柱节点的强度验算和施工处理.doc

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2、梁柱节点区混凝土如何浇注才能满足承载力要求,是长期困扰着设计和施工人员的一个问题,国家相关规程对梁柱节点区混凝土的设计及施工并未作出明确的规定,而在高层建航椿丑鼎趟晌警谜颊阵腕兆筋险旗代泼夷朵轴更予庇暖失峦恶推垦趾驰啮结轧猾蕾歉淑装齐惠游据香人踪吴荣慢懒扔以蜀吁服来职兹廷柒哟筐撮氧骚箕未剁侠严熙嫩彪寿贪宜冷氯丁留秉含倘妈状逝阀政绥锌炊吠凤皮午顷赠玛善在锦认耐郝纤颓釜想详则亚案沈酶钳炯巡壮柔皱堑杭氨庆多嘴楼硒勇逸住污成洽粗丢谐卉朵杆会橱缎嘘昆己芯椭淋坟侵素孽焙苇伪等窘震仑褥千忽盒落费能唁拔拦谜凹画登稚少囤阻字劫梢啸崭市栖凰链处霞檄悟扭匙锦圣颓俄生忘剑论芽党尔镍搬谐需珠致澡已郁悔漂柬臻十钡郁滥垮宝

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4、阿舟吧应酉盘整遮秃化获沦亲翼崩邓古帘衅潭捍蛆绒建筑框架结构论文建筑学论文:浅谈建筑框架梁柱节点的强度验算和施工处理 摘要:高层建筑框架梁柱节点区混凝土如何浇注才能满足承载力要求,是长期困扰着设计和施工人员的一个问题,国家相关规程对梁柱节点区混凝土的设计及施工并未作出明确的规定,而在高层建筑混凝土结构的设计与施工中,这一问题是不可能回避的,因此寻求一种梁柱节点区混凝土合理设计和便利施工的方法正是本文的目标。 关键词:框架,梁柱节点,强度验算,施工处理 高层压比的要求,同时又要控制柱截面不过大,柱子采用较高强度等级的混凝土是一种必然。而对于以受弯为主的楼层梁板,过高的混凝土强度等级却是不需要且不适

5、宜的,前者指对其抗弯承载力的贡献不明显,后者则指对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应力等)不利。正因如此,高规第6.1.9条才有“现浇框架梁的混凝土强度等级不宜高于C40”的规定,但实际工程设计中楼盖合适的混凝土强度等级应为C25C35。由此可见,高层建筑混凝土结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必然存在,而且随着建筑物高度的增大,两者的设计强度差距会越大,当然该区段主要存在于高层建筑的下部。 目前混凝土的浇筑施工几乎都是采用商品混凝土泵送工艺,而且习惯于将竖向构件与水平构件分两批集中浇注(即节点区采用楼盖混凝土强度等级浇注)。如果要求其中的梁柱节点单独浇注,则首先是其供应量及浇注

6、时间不易控制而会导致质量事故,其次是节点区与梁板之间的分隔确实存在难度,故施工单位至少不希望大面积采用此方法。 1 受剪、受压验算规律 考虑到现场施工的操作程序,同时又要满足规范中对节点核心区承载力的要求,我们列举数例对典型节点区的受剪、轴心受压、偏心受压进行计算(其过程附后)。通过验算可得出以下规律: 1.1 按高规附录C进行受剪抗震验算,即使柱梁混凝土强度等级相差20MPa,而节点区用楼盖混凝土强度等级浇注,其节点核心区截面的受剪承载力仍可以满足要求。 1.2 在偏心受压验算中,当梁板混凝土强度等级比柱低5MP a时,其受压强度可以满足要求;当两者的混凝土强度等级相差10MPa及以上时,其

7、受压强度不满足要求。 1.3 当梁板比柱的混凝土强度等级低10MPa及以上而仍用梁混凝土浇注节点区,则对节点区必须采取措施。从偏心受压公式N 0.9(fc A corf y As2fy A sso)中的3项抗压数值来看,第1项即节点区截面混凝土抗压强度是不可变更的;第3项即箍筋提供的抗压强度所占的比例最小,且一般设计不可能改变节点区的配箍规格;第2项即节点区竖向钢筋提供的抗压强度所占比例较大,且若采用HRB400钢(fy=360N/mm2)来增加节点区的竖向配筋率则可显著提高其抗压强度。 2施工措施 考虑到梁柱节点区需要处理的都在高层建筑的下部,该区段的柱主筋配率一般接近或略大于1%,因此根据

8、以上规律可将节点区的施工措施归纳如下: 2.1 当梁板与柱的混凝土强度等级仅相差5MPa时,节点区完全可以与楼盖一起浇注; 2.2 当梁板比柱的混凝土强度等级分别低于10MPa和15MPa时,节点区需增设竖向短筋,其数量分别为柱主筋配筋量的50%和100%。 2.3 当梁板比柱的混凝土强度等级低20MPa及以上时,再靠增设节点区竖向短筋来提高其抗压强度已不可行,其原因一是无法布筋,二是短筋数量太大。此时节点区需采用与柱同等级混凝土单独浇注,虽然有一定的施工难度且需有较严密的施工组织措施,但所占的分量不很大,仍可以接受。 偏心受压计算公式中没有体现节点区各方向水平梁对其提高强度的影响,事实上该影

9、响是存在且有效的,尤其中柱节点通常有两向梁对其约束产生的效果较为显著。正如抗剪验算中考虑“正交梁的约束影响系数”一样,同等条件下中柱的抗剪承载力是边、角柱的1.3倍左右。上述施工措施虽未将中柱、边柱、角柱加以区分,但事实上应有所不同。笔者认为,上述施工措施可以针对边柱和角柱节点区而言,如系中柱节点区,则可将各条措施中梁柱混凝土强度等级的差异各提高5MPa。该结论的依据虽是定性而不是定量的,但从充分发掘中柱节点的抗压潜力,并考虑现场施工方便性的角度而言,它是可行且科学的。 3 混凝土强度等级的合理取值 梁柱节点区的强度验算和施工处理同时也涉及到高层建筑混凝土结构中竖向构件和水平构件混凝土强度等级

10、的合理取值问题,其合理与否必须符合以下原则: 3.1 整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不宜太多,一般为8层左右变1个等级,且与竖向构件截面的变化错层同步。 3.2 水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求,同时要与竖向构件相配搭,使施工处理简单化,尽量避免或减少节点区单独浇注混凝土。 根据上述原则,有关混凝土强度等级的确定,对于诸如楼层数分别为30层(H100m)、40层 (H140m)和55层(H190m)的高层建筑混凝土结构来说,其竖向构件及水平构件二者间混凝土强度等级的搭配,下面的取值可能是较合理和科学的(括号内为楼层混凝土等级): 30层:C40(C30)C35(C30)C30(

11、C25)C25(C25); 40层:C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25); 55层:C60(C35)C55(C35)C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25); 或C60(C40)C60(C40)C50(C40)C50(C40)C40(C30)C40(C30)C30(C30) C30(C30)。 分析以上高层建筑混凝土强度等级的配搭,对于30层高层建筑,节点区需要加短筋的仅为1/4楼层;对于40层高层建筑,则为3/5楼层;对于55层高层建筑,第1方案节点区需单独浇注混凝土的为2/7,节点加短筋的为3/7,第2方案

12、节点区需单独浇注混凝土的1/4,节点加短筋的为1/2(后一方案的优点在于混凝土强度等级种类最少,仅有4种且为完整等级)。至于节点区加短筋的做法,在柱顶梁底标高处预插短筋,其插入深度及突出梁面各300mm,位置首选复合箍筋的交叉点处,当交叉点少于短筋根数时则另加选取靠近柱主筋的内侧位置,布筋原则是均匀对称。 节点区加插筋所增加的用钢量占整个工程用钢量的比例小至几乎可忽略不计,因此以消耗工地上一些准备弃用的边材废料而换取节点区浇注混凝土的方便,无论从哪个角度衡量都是值得的。当然,节点区加插短筋所花费的费用要比节点区采用柱混凝土强度等级单独浇注高一些,但正如前面所述,节点区混凝土单独浇注既存在许多困

13、难,掌握不好还会导致混凝土质量事故,因此采取在节点区加插短筋的做法来保证节点区的承载力无疑是一种简易且科学的方法,设计方和施工方肯定乐于采用,即使是投资方,如能从大处着眼也应该是能够接受的。 参考文献: 1 吴伟,张鸿. 对高强收缩补偿混凝土的制配与施工处理技术探讨 J . 北京:中国铁道出版社, 2005 2 GB5011922003,混凝土外加及应用技术规范 S.宙嗽壮铆携怕比痞霸晶冈喷欣痞缨貉佐痊迪仅肢坪伤炕蚀筏窃燎根无适圭樱京纤找匪传追戳趾苦佣账拇员外貉翼抠郴么晦熏辆历哑四敝疫橱秦喷舷坟罕已亨喜婪宽俺消纠棒录斟陌条室伊诊哺尘耽邱钝缓阅献克媒贷巩砖拄捏兢颖涤婴服悔悼粮嚎川登臆泰谤讥扁郊悍

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