钢筋混凝土框架节点抗震设计研究.pdf

安徽建筑 2 0 1 1年第 5期( 总 1 8 0期 ) 钢筋混凝土框架节点抗震设计研究 Research of Sem i c Desi gn of Rei nf orced Goncr ete Fr am e Joi nt s 胡 小勇 ， 刘 萍 。 ( 1 西 安 职 业 技 术 学院， 陕 西 西 安 7 1 0 0 7 7 ； 2 陕 西 省 建 筑 科 学 研 究 院， 陕 西 西 安 7 1 0 0 7 7 ) 摘 要 ： 框架节点受力复杂， 施工也较 困难， 是建筑结构的关键部位。震害调查和研究表明， 框架节点是结构抗震的薄弱环节。这是因为在地震作 用下， 框架节点承受很 大的水平 剪力， 往往会产 生剪切脆性破坏。 另外 ， 在反 复荷 栽的作用下 ， 钢 筋粘结 力退化 ， 易发生钢筋锚 固破坏 ， 从而 大大降 低节点的强度、 刚度和耗 能能 力。因此 ， 梁柱节点的抗震设计是钢筋混凝土框架结构抗震设计的重要 内容 。 关键词 ： 框架结构； 节点核芯区； 配筋率 中图分类号 ： T U3 7 5 4 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 5 一 O 1 6 9 0 2 0引 言 框架 结构在进行抗震设 计时 ， 除 了保证 框架梁 、 柱 具有足 够的刚度和延性外， 还必须保证框架节点的强度。震害调查表 明框架节点破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足， 在剪力 和弯矩共 同作 用下 ， 节点核心 区的混凝 土 出现斜 裂缝 ， 箍筋屈 服钢筋被拉断， 柱的纵向钢筋被压屈等。 因此， 为了防止节点核 芯 区发生剪切破坏 ， 必须保 证节点核芯 区混凝土 的强度和配置 足够数量的箍筋， 同时核芯区其他内伸钢筋应有足够的锚固长 度 。 1 理论分析 1 1 分析模型 模型( 见图 1 ) 取框架结构的中问节点 ， 柱子四周的梁为轴 线居 中的框架梁 。 1 2计算分析 1 2 1 节点剪压比的控制 为了使节点核芯 区的剪应力不至 于过 高 ， 避免过早地 出现 斜裂缝， 抗震设计规范 规定， 节点核芯区组合的剪力设计值 应符合下 列条件 。 V 一 ( o - 3 0 ) ( 1 ) f| 式中： V ， 为节点核芯区组合的剪力设计值； 衄为承载力抗 震调整系数， 取 = O 8 5 ； 为正交梁的约束影响系数 ， 楼板现 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 ， 且正交方向梁的高度不小于框架梁高度的 3 4时， 可取 1 5 ， 9度时易采用 1 2 5 ，其他情况取 1 0 ； h i 为节点核芯区的截 面高度 ，可采用验算方 向的柱截 面高度 ， 为节点核芯 区截 面 有效验算宽度 ， 当验算方 向的梁截面宽度不小于该侧 柱截 面宽 度 的 t 2时 ， 可采取该柱截 面宽度 ， 当小 于时采 取下列 二者 的 较小值 。 ：bh +0 5h c r ， b，=b 一 式 中： b b , b ， 一分 别为验算方 向梁 的宽度和柱的宽度 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 6 - 1 3 作者简介 ： 胡 小勇 ( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 陕 西西安人 ， 毕 业 于西安 建筑科 技 大 学 ， 硕士 ； 助教 ， 主要从事 钢 筋混凝土结构设计规 范 修订工作。 ， 一验算方 向的柱截面高度 当梁、柱中线不重合时且偏心距不大于柱宽的 1 4时， 核 芯区的截面有效验算宽度可采用式( 2 ) 和式( 3 ) 计算结果的较 小值 ， 柱箍筋易沿柱全高加密。 b 0 5 ( b b + b ) + 0 2 5 h 一 e ( 3 ) 式 中： e 粱与柱 中心线的偏心距 1 2 2框架节点核芯区截面受剪承载力计算 节点核芯区截面抗震验算， 应符合下面公式的要求。 对于一 、 二级框架节点 ： V ， ( 1 1 o -, V T o j h O RE o 5 A )( 4 ) y u c 对于一、 二级框架节点， 9度设防时， 应按下式计算。 V j ( 0 9 A ) ( 5 ) 式 中： 一 混凝土抗拉强度设计值 N 柱子轴压力， 取较小值， 应满足下式的要求： 0 N 。 A X 5 0 ( 6 ) ， = 箍筋的抗拉强度设计值 A 广 核芯区有效验算宽度范围内同一截面验算方 向箍筋的总截面面积 一 梁上下钢筋合力点之间的距离 _抗震调整系数 ， 一般取 0 8 5 s 框架箍筋之间的间距 规范指出对于三、 四级抗震框架， 按构造要求考虑。 2内力计算 2 1计 算 公 式 根据以下计算简图计算节点核芯区的剪力设计值。 现 取 -44 -, i ，- ， 由X = O 、 Y = O 知 ： M V c + V 一 0 ( 7 ) 式 中 ： V i 、 V 即为 图 2中的 V V ，分别 为剪力 组合设计 值， 大小根据规范相应的 公式计算； M 为图2 中M 和M 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 重 2 0 1 1年第 5期 ( 总 1 8 O期 ) 安徽建筑 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 圆 图 1 模型结构图 Vh 图 2 节点核芯区剪力图 之和， 即为梁端逆时针方向截面组合的弯矩设计 值之和 。 考虑到其他因素公式( 7 ) 可以写为： M V j = 一 再 1 一 h o - a ff 一 ( ) 考虑到梁端出现塑性铰后 ，塑性变形 较大 ， 钢筋应力常常超过屈服 强度而进入强化 阶段。因 此 ， 梁端截面组合弯矩应予以调整 。 于是公式( 6 ) 可 以改写为： M V 一 【 一 酱 ( 9 ) 式中： 为节点剪力增大 系数 ， 一级 1 3 5 ， 二 级 1 2 ； 9度和一级框架结构尚应符合下式要求： Vj = 1 1 5 M as i -H n , , 一 - h b ( 1 0 ) 2 _ 2箍筋配筋分析 震害调查和理论分析表 明，在地震作用下 ， 梁柱端部剪力最大 ， 该处极易产生剪切破坏 。因 此抗震规范规定 ，在梁柱端部一定长度范围内 ， 箍筋间距适 当加密。一般称梁端这一范围为箍筋加密区。 2 2 1 梁端加密 区的箍筋配置的要求 加密 区的长度 、 箍筋最大间距 和最小直径参照抗震规范的规定。 梁端加密区箍筋肢距 ， 一级不宜小于 2 0 0 m m和 2 0倍箍筋直径的较大 值 ，二 、三级不宜大于 2 5 0 mm和 2 0 倍箍 筋直径的较大值 ，四级不宜 大于 3 00 mmo 2 2 2柱箍筋加密箍筋 的配置 柱端加密区长度为柱净高的 1 6和5 0 0 m m中的较大值。 底层柱柱根不小于柱净高的 1 3 ， 当有刚性地面时， 除柱端外尚应取刚 性地 面上下各 5 0 0 m m。 剪跨比大于 2的柱和因填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比大 于4的柱， 取全高。 一级、 二级的框架角柱， 取全高。 2 2 3 柱箍筋加密 区的箍筋配置 一般情况参照抗震规范的箍筋最大间距和最小直径。 二级框架柱 的箍 筋直径不小于 1 0 ra m， 且不 大于 2 0 0 m m， 除柱根 外最 大间距允许采用 1 5 0 m m； 三级框架柱 的截面尺寸不应大干 4 0 0 ra m， 箍筋最小 直径可采用 6 m m； 四级框架柱剪跨 比不大于 2 m m， 箍筋直径不应小于 8 m m。 剪跨比大于 2的柱， 箍筋间距不应大于 1 0 0 m m。 柱箍筋加密区箍筋肢数 ，一级不宜大于 2 0 0 m m，二、三级不宜大于 2 5 0 m m和 2 O倍箍筋直径的较大值， 四级不宜大于 3 0 0 m m。 此时， 至少每隔一 根钢筋， 在两个方向均有箍筋约束。 2 2 4箍筋体积配筋率 应符合以下公式 ： p v = 掣 ( 1 1 ) j w 式 中： p 一 柱箍筋加密区的体积配筋率 一 混凝土轴心抗压强度设计值 ， 最大取 C 3 5的强度 ， = 箍筋抗拉强度设计值， 不能大于 3 6 0 入 最小配箍特征值 抗震调整系数 参考文献 1 GB 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范 S 】 北京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 1 2 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 s 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 2 3 J G J 3 2 0 0 2 ， 高层建筑混凝土 结构技术规程【 s 北京 ： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 2 4 方鄂华多层高层建筑结构设计 M 北京 ： 地震出版社， 1 9 9 5 5 傅剑平 钢筋混凝 土框架 节点抗 震性能设计方法研究 D】 重庆 ： 重庆 大学 土木工 程学院， 2 0 0 2 6 戴瑞同 关于新西兰规范中有关节点设计 的两个问题的讨论 c 全国第九届混凝 土结构节点与连接学术会议论 文集 1 9 9 1 ( 上接第 1 1 0页) 整 ， 全部为 I 类桩 ， 承载力特征值 均不小 于设 计 值 ， 满足设计要求 。 7结语 钻孔灌注桩技 术在蚌埠地 区得到 了广 泛运 用， 技术较为成熟， 该方法设备简单， 机械故障少， 动力消耗小。 对本地区下部 埋藏的有裂隙的坚硬岩石破碎效果好 ， 质量控制保证率 高。然而此种桩基础 就目前而言尚存在钻进效率低( 桩越长， 效率越低) ， 清孑 L 较困难， 易出现桩孔 不 圆、 孔斜 ， 对环境污染较大等不足之处 。随着社会 的进步 和科技 的不断发 展 ， 这些缺点会被克服 ， 该种桩基 础也会得到长足的发展 。 萤