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浅谈钢筋混凝土框架加强环式节点的设计

发布于：2014-03-22 09:55:22 来自：建筑结构/朗筑结构设计培训 [复制转发]

1、关于钢筋混凝土框架节点
近年来，随着抗震理论的深入发展，在钢筋混凝土框架结构的延性设计上，“强剪弱弯，弱梁强柱，更强节点”已经成为工程界的共识。这种“能力设计”的思路确保钢筋混凝土结构在地震作用下，依次在梁端和柱端出现塑性铰，通过塑性耗能机构避免在较强的地震作用下结构产生严重损伤和在更强地震作用下发生危及生命安全的局部或整体失效。而钢筋混凝土框架节点在结构达到预计的最不利非弹性反应之前不应出现剪切失效，并具有一定的耗能能力。体现在：
1、1钢筋混凝土框架结构的延性
这是反映结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载力没有显著降低情况下的变形能力。对于延性大的结构，其产生的塑性变形也大，但永久变形太大，结构可能在重力作用下引起坍塌，也可能使结构的损坏部位不可修复。因此，在钢筋混凝土框架结构的设计上，必须综合考虑一定程度的承载能力和一定范围的延性。
1、2 钢筋混凝土框架节点的受力机理
这是指通过合理的计算假定模式，描述由梁、板、柱传来的内力（M、N、V、T）在框架节点核芯区的传递和由此产生的各种破坏型式。目前比较流行的有三种理论：斜压杆机理、剪摩擦机理、桁架机理。这三种框架节点的受力机理，应用于各种不同的破坏型式和设计规范中。新西兰的框架节点设计以斜压杆和桁架机理共同作用为依据，美国则以梁剪机理和斜压杆机理为主。而我国《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）中用于抗震框架节点设计的主要计算公式是用来确定节点水平箍筋用量的“框架节点核芯区抗震受剪承载力计算公式”，并未全面考虑到影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的各种因素，值得进一步探究。
2、钢筋混凝土框架结构的节点型式
　　对于一榀平面框架，按框架节点所在位置，节点主要有四种基本型式：顶层边柱节点（┏型）、顶层中柱节点（┳型）、中间层边柱节点（┣型）和中间层中柱节点（╋型）。对于┏型节点，梁、柱的纵筋均需在框架节点核芯区内锚固，节点核芯区受力较复杂，易产生破坏。对于┳型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下，柱抗弯承载力弱于梁，柱端易产生塑性铰。对于┣型节点，柱抗弯承载力较大，“强柱弱梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角柱节点受力最为不利。对于╋型节点，强震作用下，框架节点两侧梁端可能均达到屈服，框架节点核芯区受到很大的剪力，容易发生核芯区剪切破坏。
3、钢筋混凝土框架加强环式节点的设计与选型
钢管混凝土框架节点可分为现浇钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱节点、预制混凝土梁-钢管混凝土柱节点和钢梁-钢管混凝土柱节点。它是连接梁柱的关键部位,在框架中起着传递内力、分配内力和保证结构整体性的作用。近几年,建设部、建材总局和能源部先后颁布了钢管混凝土结构设计与施工规程,提供了几种典型的钢管混凝土柱节点型式及构造措施。
3、1节点设计一般应遵循的原则
包括：（1）节点传力途径简捷、明确,使计算分析与节点的实际受力情况一致；（2）保证节点连接有足够的强度,使结构不致因连接较弱而引起破坏；（3）节点连接应具有良好的延性,满足抗震设计要求；（4）尽量简化节点构造,以便于加工及安装时容易就位和调整。
为了充分发挥钢管混凝土的承载力,钢管混凝土框架梁柱的连接应尽可能将梁端内力可靠地传递到柱核心混凝土上。设计时,应用明暗牛腿、抗剪环箍、钢梁腹板、抗剪销等钢构件传递梁端剪力,同时考虑节点区混凝土与钢管壁之间的粘结力和摩擦力的作用;应用加强环板、混凝土圈梁或连续钢筋传递梁端弯矩。
3、2加强环式节点的设计与选型
根据传力方式的不同,加强环式节点分为加强环肋板式节点、加强环承重销式节点、加强环穿心钢板式节点和加强环腹板式节点等。其工作机理是利用上下加强环分别承受拉压力,形成力偶来抵抗梁端弯矩;利用垂直肋板、型钢承重销、穿心钢板、明牛腿等传递梁端剪力。加强环式节点没有任何穿心构件,适用于小直径的钢管混凝土柱,尤其是当采用多层钢管混凝土柱一次泵送顶升浇灌法时,管内没有障碍物,便于施工。但节点的用钢量较大,钢筋混凝土梁纵筋与加强环的焊接麻烦,影响钢筋混凝土梁中钢筋笼就位,在实用中适应性和灵活性较差。
4、节点设计建议
例如：（1）尽量减少穿心构件的采用。穿心构件对制作、安装、浇灌混凝土等工序均有不利影响;节点钢材用料多,焊接工作量大,施工技术要求高。（2）提高节点向钢管柱传递弯矩的能力。钢管混凝土柱由基础一直到建筑物的顶端恒为连续体,各楼层结构中的横梁都从柱子侧面相连,难以实现拉力的直接传递,因而影响钢管柱参与节点弯矩分配的能力。（3）尽量避免采用局部传力构造。局部拉力过大,将使钢管局部被拉裂破坏。多方向的拉力,把钢管沿径向外拉,影响钢管对核心混凝土的紧箍作用。（4）保证焊缝质量,避免和防止焊缝的拉裂和剪切爆裂,力争焊缝强度和钢材强度等强,保证节点柱端和节点核心区焊缝的安全。

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