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    关于框架节点核心区超限处理的一些设计建议.pdf

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    关于框架节点核心区超限处理的一些设计建议.pdf

    第6卷第6期 2014年12月 Vo1.6 No.6 Dec.2014 关于框架节点核心区超限 处理的一些设计建议 张国辉 张秀华 大连经济技术开发区规划建筑设计院,大连 116000 【摘要】框架节点核心区超限处理在整个工程中,是一个非常复杂、多样和值得设计人员花心思研究的问题。本 文从结构设计概念、方法、构造做法等几个方面出发考虑,提出一些针对节点核心区超限处理问题的几种方法,供 实际工程应用参考。 【关键词】结构设计;节点核心区;强节点弱构件;混凝土强度;抗震等级 【中图分类号】TU318;TU312 【文献标识码】A 【文章编号】16747461201406004004 1概述 “强节点弱构件,强柱弱梁”是结构抗震设计的 一项重要原则,是框架结构基本抗震手段和重要措 施。其核心是1框架节点的承载力应高于连接 构件,因为节点失效意味着与之相连的梁柱等杆件 都失效。2框架结构塑性铰首先出现在梁端,用 以提高结构的变形能力,防止在强烈地震作用下倒 塌。结构设计师应同时注重设计概念和设计方法, 其设计概念在于节点不先与构件破坏,柱子不先 于梁破坏,要保证节点和柱子更“相对”安全。因为 构件破坏是局部性的,节点破坏和柱子破坏将危及 整个结构的安全可能会整体倒塌,后果严重。 其设计方法在于对节点进行加强,对构件不进行 加强;对柱的设计弯矩人为进行放大,对梁不进行 放大,即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起 受力时,梁端可以先于柱屈服;通过调整后,柱的抗 弯能力较处理前加强了,而梁不变。本文以下只针 对强节点处理展开相关讨论。 影响框架梁柱节点核心区抗剪承载力的因 素很多,但主要因素是核心区截面有效验算宽度 bj及正交梁的约束影响系数 详见抗震规 范附录D,混凝土规范11.6节,而bj, 均 与梁柱截面的宽度比值有关。在高层建筑的底 部区域,由于框架柱截面面积较大,而当采用的 框架梁截面宽度相对较小时,bj和11j数值均较 小,节点核心区抗剪承载力可能存在不足,在结 构边、角部位的梁柱节点核心区尤为明显,有时 框架柱的边、角柱会出现节点抗剪箍筋远大于柱 端箍筋计算值的情况。结构设计中应采取提高 bj, 的有效措施。 2规范规定 节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力 的关键部位。02版规范规定一、二级框架的节点核 心区应进行抗震验算同时为避免三级到二级承载 力突变,三级框架高度接近二级框架高度下限时, 明显不规则或场地、地基条件不利时,可采用二级 并进行节点核心区受剪承载力的验算。 相比旧规范,10版规范采取了更严谨的规定 明确增加了三级框架节点的抗震受剪承载力验算 要求,并取消“各抗震等级的顶层端节点核心区,可 不进行抗震验算”的规定。 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010第 6.2.7条“抗震设计时,一、二、三级框架的节点核 心区应进行抗震验算;四级框架节点可不进行抗震 【作者简介】 张国辉1983一,男,工程师。主要从事结构设计、研究工作; 张秀华1963一,女,国家一级注册结构工程师,副院长。主要从事抗震方向的研究工作。 关寸框架节点核心区超限处理的一些设计建议 41 验算。各抗震等级的框架节点均应符合构造措施 的要求。”建筑抗震设计规范GB50011-2010第6. 2.10条;混凝土异形柱结构技术规程JGJ149 2006第5.1.11条也有相关条文规定。 3提高节点核心区抗剪承载力措施 3.1 加大节点区箍筋配置和提高节点区混凝土 强度 加大节点区箍筋配置和提高节点区混凝土强度 是提高节点核心区抗剪承载力有效措施之一。适用 于框架结构、框架一剪力墙结构、框架一核心筒结构 等各抗震等级、各类框架的梁柱节点,具体优缺点见 表1。 加大节点区箍筋配置提高核心区抗剪承载力 方法概念明确,结构费用较低,但提高抗剪承载力 有限,对梁柱节点钢筋较密时施工困难,施工阻力 较大。 通过提高节点区混凝土强度来提高节点核心 失,且不同时间分别浇注不同强度等级混凝土之间 容易形成施工缝,梁端混凝土的质量难以保证。随 着自拌混凝土的限制使用,越来越多的使用商品混 凝土,不同级别的混凝土对浇筑、运输、施工质量控 制要求均有所不同,采用此种方法理论可行,但对 施工条件及组织管理能力的要求较高。可结合工 程所在地实际情况是否有条件采用梁、柱混凝土分 开浇筑的可能性。 图1梁柱节点区与梁板混凝土分开浇筑 3.2加强框架梁对梁柱节点的约束 区抗剪承载力这种方法需要注意节点区混凝土与 加强框架梁对梁柱节点的约束可以通过加大 梁、板混凝土应同时浇筑,并应适当扩大节点区混 框架梁的截面宽度或延框架梁宽度方向设置端部 凝土的范围见图1。当先浇筑节点区高强度混凝 水平加腋,目前可作为提高节点核心区抗剪承载力 土而不同时浇筑梁、板混凝土时,支模困难。而采 最有效措施之一。适用于框架结构、框架一剪力墙 用钢丝网隔离措施时,既不能确保节点区混凝土浇 结构、框架一核心筒结构等各抗震等级、各类框架 捣密实,还容易造成钢丝网内混凝土中水泥浆的流 的梁柱节点。 表1提高核心区抗剪承载力方法一 方案 掌 曼 剪承篓 妻 与框架柱 优点 缺点 备注 ’ 载力与规范要求关系 的截面宽度关系 一 ~ 区混 柱宽 某 性 梁柱中线不能重 合时,应考虑偏 心影响,梁宽度 不满足要求时, 柱宽 向 应采取加腋措 施,见高规第 6.1.7 表2提高核心区抗剪承载力方法二 加强框架梁对梁柱节点的约束方法与节点核 心区的实际抗剪承载力与规范所需最低要求关系 紧密相连,具体优缺点见表2。 3.3 整体加大梁柱节点区域提高节点核心区抗 剪承载力 当梁、柱混凝土强度等级差超过两级,提高节 点区混凝土强度施工受限制时,需要梁柱节点核心 区混凝土强度等级与梁板一致时可采用加大节点 核心区混凝土的面积配置附加纵筋及附加箍筋,形 成节点区约束混凝土。此种方法既能提高框架梁 柱节点核心区抗剪承载力,又可满足节点区采用低 强度等级混凝土的验算问题。 节点核心区的高度可取该节点周围各梁的最 高点至最低点之间的距离。加强后的核心区混凝 土强度可按公式1换算。 fc’Ac/Afc 1 式中fc’为节点区混凝土轴心抗压强度设 计值; A为节点区约束混凝土投影面积; Ac为节点区上部混凝土柱的截面面积; fc为节点上部柱混凝土轴心抗压强度设计值。 1当采用图2、图3、图4所示做法时,节点区 约束混凝土的面积分别不宜小于柱截面面积的2 倍、1.75倍、1.5倍,相应地,节点区混凝土的强度等 级可降低4级、3级、3级。 2柱混凝土强度等级一般不宜高于C60;节点 区混凝土的强度等级应不低于现浇梁、板的混凝土 强度等级,其与柱混凝土的强度等级差不应大于4 级如柱采用C60混凝土时,节点区混凝土不应低 于C40;柱采用C50混凝土时,节点区混凝土不应低 于C30。 3节点区混凝土强度等级与上柱相比降低 较多依据节点受约束情况及柱轴压比大小等因 素确定时,还应进行节点区混凝土局部承压 验算。 综上所述,提高梁柱节点核心区抗剪承载力 的方法很多,应首先考虑采用符合工程实际情况 且便于施工的有效方法,一般以采取构造措施为 宜。实际工程中,当本文方法一、方法二使用受 限时,可考虑方法三,结合对梁、柱混凝土强度等 级不同时的节点区处理要求采取适当加大节点 区约束混凝土的办法,可同时提高梁柱节点核心 区抗剪承载力及提高节点区混凝土轴心抗压承 载力。影响梁柱节点承载力的因素很多,采用适 当加大节点区约束混凝土的方法时应适当留有 余地。 l I 图2 中柱整体加大梁柱节点 l I 图3边柱整体加大梁柱节点 __f I W- 图4角柱整体加大梁柱节点 4核心区受剪实际承载力 通过国内专家研究和结构试验表明由于柱 上下端对节点产生竖向约束、交于节点区处的框 架梁对节点产生水平约束,还有节点区内封闭箍 筋对混凝土产生环向约束,使核心区混凝土处于 关于框架节点核心区超限处理的一些设计建议 43 三向约束,从而使节点区最后体现出的“混凝土 受力强度”比浇筑时的混凝土强度往往高出很多 见公式2。 }昆凝土受力强度fcfclfc2fc3fc4 2 公式中fc1浇筑时混凝土立方体抗压强度 fc2上下柱段对混凝土的约束作用 fc3荷载扩散对节点混凝土的影响 fc4楼盖穿过柱体的水平钢筋及节点环形箍筋 对 昆凝土的约束作用 通过公式2可以看出在相同设计条件下同一 建筑物中部楼层梁柱节点核心区表现出来的“混凝 土的受力强度”大于顶部楼层梁柱节点核心区表现 出来的“混凝土受力强度”,同一楼层的节点区“混 凝土受力强度”fc大小排列顺序为中柱、边柱、角 柱,其中边柱可为中柱及角柱的平均值,实际工程 设计时,可通过控制调节轴压比来控制同层“混凝 土受力强度”。 5结论 钢筋混凝土框架结构由于自身特性,其抗地震 倒塌能力与其破坏机制密切相关。如果杆件局部 破坏,那么结构还是具有一定承载能力的。相对于 构件比如梁柱破坏来说,节点破坏的后果更严重。 节点一旦破坏,结构就成了机构,失去了承载能力, 框架容易形成倒塌机制。因此要求节点不能先于 构件破坏。是一个从结构抗震设计角度提出的一 个结构概念。在强震作用下,除满足计算要求外还 应满足规范中抗震构造措施的要求,使结构具有大 的弹塑性变形能力和耗能能力,保证其达到在大震 作用下不会倒塌的目标。 框架抗震设计中保证节点处实际承载力大于 杆件实际承载力是至关重要的。从汶川地震等历 次的地震震害中也得到证明,未实现“强节点弱构 件”的设计也是导致建筑物严重破坏的一个重要 原因。 参考文献 [1]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].中国建筑工 业出版社. [2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[s].中国建筑工业 出版社. [3]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建 筑工业出版社. [4]张元坤等.建筑结构设计实用指南.广东土木建筑 学会. [5]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].中国建筑工 业出版社. On Some Suggestions for Design of Transfinite Processing Framework of Core Area of Joints Zhang Guohui,Zhang Xiuhua Dalian Economic and Technical Zone Architectural DesignPlan Institute,Dalian 1 1 6000,China AbstractIn the whole project,transfinite joint core area is a very complex problem which worth more consid eration from.designers from several aspects of structural design concepts,s,construction practices and oth er considerations,this paper puts forward some s of handling transfinite joint core area problem,which can be reference for practical engineering application. Key WordsStructural Design;Core Area of Joints;Strong Joint and Weak Member;The Strength of Concrete; Anti-seismic Rating

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