提高梁柱节点核心区抗剪承载力的有效途径

22设计交流BuildingStructureWelearnwego提高梁柱节点核心区抗剪承载力的有效途径——新《抗规》学习体会之二朱炳寅/中国建筑设计研究院，北京1000441概述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ηj（详见《抗震规范》附录D），而bj，ηj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ηj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，ηj的有效措施。2提高梁柱节点核心区抗剪承载力的有效途径提高框架梁柱节点核心区抗剪承载力的途径很多（如提高节点区混凝土强度等级、加大节点区箍筋配置、增强框架梁对梁柱节点区的约束等），但最有效的还是加大框架梁对梁柱节点的约束，可直接加大框架梁的截面宽度或在框架梁的端部设置水平加腋（即在框架梁的宽度方向加腋）。（1）当梁柱节点核心区的实际抗剪承载力与规范要求相差不多，且框架梁截面宽度略小于1/2框架柱的截面宽度时，可结合工程实际情况适当加大框架梁的截面宽度，以满足规范对框架梁柱节点核心区的抗剪承载力验算要求。采用此方法结构设计及施工简单，但框架梁全截面加大，结构费用增加较多，效率较低，结构设计的经济指标较差（见图1(a)）。梁柱中线不能重合时，应考虑偏心对梁柱节点的不利影响，梁宽度不满足要求时，应采取加腋措施至满足《混凝土高规》第6.1.3条的要求。（2）当梁柱节点核心区的实际抗剪承载力与规范要求相差较多，且框架梁截面宽度远小于1/2框架柱的截面宽度时，可结合工程实际情况，在框架梁端部设置水平加腋，以加大框架梁对梁柱节点的约束宽度，满足规范对框架梁柱节点核心区的抗剪承载力验算要求。采用此方法结构设计及施工复杂，但只是框架梁端部部分截面加大，结构费用增加较少，效率较高，结构设计的经济指标较好（见图1(b)）。（3）当柱混凝土强度等级比梁的高较多，且梁柱节点核心区混凝土强度等级与梁板一致时，结构设计中也可根据工程具体情况，采取综合措施，整体加大梁柱节点区域，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（见图1(c)）。（4）提高梁柱节点核心区抗剪承载力的上述方法，适合于抗震等级为一、二、三级的各类框架的梁柱节点，即框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等的梁柱节点。3梁、柱混凝土强度等级不同时的节点处理3.1当梁、柱混凝土强度等级差不超过两级（混凝土规范表4.1.4中的两个强度等级差）时，梁、柱节点可按梁的混凝土强度等级施工。3.2当梁、柱混凝土强度等级差超过两级时，可优先考虑梁、柱混凝土分开浇筑的可能性（图2）。采用此方法，梁、柱节点区混凝土符合设计要求，实现设计意图所花费的结构费用最小。但应注意，采用图2所示的施工方法时，对施工条件及组织管理能力的要求较高。在大、中城市普遍采用商品混凝土（许多大、(a)加大梁宽度(b)梁端设置水平加腋(c)加强节点区域图1提高梁柱节点核心区抗剪承载力的有效途径23BuildingStructure设计交流Welearnwego中城市已限制自拌混凝土的使用），梁、柱节点核心区少量的高强度等级混凝土与大量的较低强度等级的梁、板混凝土同时浇筑，混凝土运输（对不同等级混凝土需分批运输）、施工组织（对梁、柱节点，梁、板混凝土同时浇筑）、施工质量控制（不同等级混凝土的浇筑时间控制，避免不同强度等级混凝土之间形成施工缝，确保不同等级混凝土振捣密实）等方面难度较大（一般情况下，施工单位阻力很大）。因此，方案确定之前，应与施工单位密切配合，对工程施工的具体情况应有大致了解。采用图2方法时，节点区混凝土与梁、板混凝土应同时浇筑（指混凝土的浇筑间歇不应超过混凝土的终凝时间），并应适当扩大节点区混凝土的范围。否则，由于商品混凝土的坍落度很大，只浇筑节点区高强度混凝土而不同时浇筑梁、板混凝土时，支模困难。而采用钢丝网隔离措施，既不能确保节点区混凝土浇捣密实，还容易造成钢丝网内混凝土中水泥浆的流失，梁端混凝土的质量难以保证。当采用商品混凝土且施工确有困难时，不宜采用图2的节点处理方法。图2梁柱节点区与梁板混凝土分开浇筑3.3当梁、柱混凝土强度等级差超过两级且无法采用图2的节点混凝土处理方法时，可采用图3的做法，加大节点核心区混凝土的面积（节点核心区的高度取该节点周围各梁的最高点至最低点之间的距离），配置附加纵筋及附加箍筋，形成节点区约束混凝土。结构设计中可按式（1）确定梁、柱节点区约束混凝土的强度等级，并适当留有余地。ccc'cfAAf=（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截面面积（平面面积），按图3计算；Ac为节点区上部混凝土柱的截面面积；fcc为节点上部柱混凝土轴心抗压强度设计值。（1）当采用图3(a)所示做法时，节点区约束混凝土的面积不小于柱截面面积的2倍，相应地，节点区混凝土的强度等级可降低4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[4]。（4）国内外相关资料对梁、柱节点混凝土提出各种计算公式[3]，但可操作性不强。实际工程中以采取构造措施为宜。4结论（1）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。（2）实际工程中，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。（3）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。参考文献[1]GB50010-2002混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.[2]JGJ3-2002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，2002.[3]北京市建筑设计研究院.建筑结构专业技术措施[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.[4]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.(a)中柱节点(b)边柱节点(c)角柱节点图3增强梁柱节点区混凝土约束的途径