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浅析框架梁、柱节点域抗剪超限的原理及解决方法作者：何然来源：《教育教学论坛》 2013年第26期何然（湖北工程学院城市建设学院，湖北孝感432100）摘要：新版《建筑抗震设计规范》GB5001-2010，加强了框架结构节点核心区截面抗震验算，自其实施以来，在PKPM（2010版）软件抗震验算过程中，尤其是高抗震设防烈度区，出现梁、柱节点域抗剪超限的问题时有发生，本文将结合个人在实际工程中做结构设计时的计算实例，与大家分享经验，浅析梁柱节点域抗剪超限的原理及解决方法，主要内容包括框架梁、柱节点域抗剪超限的含义解读；《建筑抗震设计规范》中关于节点核心区组合的剪力设计值的计算原理；《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，框架梁、柱节点核心区的受剪承载力验算；以及个人在中国石油内蒙古销售公司八拜油库改扩建项目，综合办公楼结构设计中框架梁柱节点域抗剪超限解决的计算实例。
关键词：节点域抗剪超限；节点核心区；节点抗震验算；建筑抗震设计中图分类号：G642.1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）26-0174-02一、框架梁、柱节点域抗剪超限的含义框架梁、柱节点域抗剪超限是指其节点核心区组合的剪力设计值超过规范限制，即。
如果说“强柱弱梁，强剪弱弯”是提高结构变形能力的设计精髓，那么节点核心区截面抗震受剪承载力验算就是实现“强节点弱构件”的关键，也是建筑结构抗倒塌能力的关键。
节点域内抗剪设计不足，遇到地震时会造成剪切破坏，属于脆性破坏，无征兆，致使建筑物瞬间垮塌。
新版《建筑抗震设计规范》GB50011-2010也增加了三级框架节点核心区抗震验算的规定。
查阅《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》，两者对节点核心区抗震验算规定基本相同，但后者对计算公式符号定义较前者详细，且式中较前者多了βc；前者较后者单给出了扁梁框架的梁柱节点规定，后者较前者明确规定了框架节点区的锚固和搭接要求。
结构设计中，为了达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防要求，我们需要从多方面对工程设计进行把控，其中“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”是框架部分抗震设计应遵守的重要原则。
考虑到钢筋混凝土框架由于自身特性，它的抗地震倒塌能力与其破坏机制密切相关，故根据上述原则，我们期望当大震作用时框架能够按如下方式发生破坏：1)梁先于柱破坏。
梁的破坏是构件破坏，属于局部性的破坏，而竖向构件的破坏会危及整体结构的安全性，造成结构倒塌，故柱比梁重要，最先保证柱的安全；2)保证构件的抗剪能力应好于抗弯能力。
“剪切破坏”是一种脆性破坏，没有预兆，瞬时发生；“弯曲破坏”是延性破坏，是有所预兆的，工程中我们需要避免发生剪切破坏，在弯曲破坏之前不发生剪切破坏；3)节点的承载力应高于连接的构件，如果节点发生破坏则意味着与之连接的梁柱均失效。
然而，现实中的效果并非如预期设想。
以汶川地震为例，震害现场调查发现：柱剪切破坏严重，梁柱节点区破坏严重；框架柱上下端出现塑性铰，我们几乎没有看到设计规范所要求的强柱弱梁破坏机制的出现，典型震害现场如下图：造成这种问题的因素很多，例如设计计算的缺陷、抗震构造的不合理和理论研究的滞后等，本文将结合规范，分析其计算方法及影响因素，并详细介绍如何体现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”设计。
规范规定1强柱弱梁的相关规定《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（以下简称《抗震规范》）第条：一、二、三、四级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：一级的框架结构和9度的一级框架可不符合上式要求，但应符合下式要求：当反弯点不在柱的层高范围内时，柱端截面组合的弯矩设计值可乘以上述柱端弯矩增大系数。
同理《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（以下简称《高规》）、、条、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称《混凝土规范》）条。
2 抗震设计（水平地震作用下框架结构的内力计算）抗震计算单元及动力计算简图取整个衡宇或抗震缝区段（设防震缝时）为计算单元，动力计算简图为串联多自由度体系。
即将各楼层重力荷载代表值集中于每一层楼盖或屋盖标高处。
多自由度体系的抗震计算可采用振型分解反映谱法和底部剪力法。
本工程总高不超过40m，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度散布比较均匀，近似于单质点体系，故采用底部剪力法。
此法是先计算出作用于结构的总水平地震作用，然后将其按必然规律分派给各质点。
计算简图2—1 如下示：图2—1重力荷载代表值按照抗震规范1.0.2 抗震设防烈度为6度及以上地域的建筑，必须进行抗震设计。
按照抗震规范5.1.3 计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。
各可变荷载的组合值系数，应按表2—1采用。
组合值系数重力荷载代表值计算：1）屋面及楼面的永久荷载标准值1．屋面（上人）苏J01—2005：a. 10厚防滑地砖铺面，干水泥擦缝，每3—6m留10宽缝m2b. 20厚1:水泥砂浆加建筑胶结合层找平层20×= kN/m2厚C20细石混凝土，内配Φ4＠150双向钢筋25×= kN/m2d.隔离层/e. 三粘四油沥青油毡防水层m2f. 冷底子油一道/g. 20厚1:3水泥砂浆找平层20×= kN/m2h.保温层5×= kN/m2厚1:3水泥砂浆找平层20×= kN/m2j.现浇或预制钢筋混凝土屋面25×= kN/m2 合计kN/m2 2．1~4层楼面苏J01—2005a. 15厚1:2白水泥白石子磨光打蜡kN/m2b.耍素水泥浆结合层一道/c. 20厚1:3水泥砂浆找平层20×= kN/m2d.现浇钢筋混凝土楼面25×= kN/m2合计kN/m2 2）屋面及楼面的可变荷载标准值上人屋面均布荷载标准值kN/m2 楼面活荷载标准值kN/m2 屋面雪荷载标准值S k=μr×S o=×= kN/m2式中：μr为屋面积雪散布系数，取μr=3）梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算：a．梁、柱可按照截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出的单位长度上的重力荷载;对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载，计算结构如表2—2梁、柱重力荷载标准值表b．墙、门、窗重力荷载标准值：外墙体为200mm厚的粘土空心砖，外墙面贴马赛克（kN/m2）,内墙面为20mm厚的抹灰，则外墙的单位墙面重力荷载为：＋15×＋17×= kN/m2内墙为200mm厚的粘土空心砖，双侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为：15×＋17××2= kN/m2电梯井墙为240mm粘土空心砖，双侧均为20mm厚抹灰，则电梯井墙单位面积重力荷载为：15×＋17××2= kN/m2木门单位墙面重力荷载为kN/m2，钢铁门单位墙面重力荷载为kN/m2铝合金单位墙面重力荷载为kN/m2门、窗、雨棚重力荷载代表值：一层门窗：×(2××2＋××2＋××3＋××1＋××2)＋×××13＋××1＋××2＋××2＋××3＋××2) ＋×××2)=二~四层门窗：×××2＋××3)＋×××16＋××2＋××2＋××2＋××3＋××2)= kN五层门窗：×××2＋×＋×××3＋××2)= kNA轴的雨蓬：25×(2××＋×××3＋×××2= kN9轴雨蓬：25×××= kN五层雨蓬：25×××3= kN楼梯重力荷载代表值：一层：25××××2＋25×××＋25××××10＋25×××9×2= kN二~四层：25××××2＋25×××12＋25×××12= kN外墙的重力荷载代表值：一层：×[(59×2－×11×2－×14)×＋－×4)×＋－×4)×－××13－××1－××2－××2－××3－××2－××2－2××2－××1－××2－×]=二~四层：×[(59×2－×11×2－×14)×＋－×4)×＋－×4)×－××16－××2－××2－××2－××3－××2]= kN五层(包括女儿墙)：×[×4＋×2) ×＋4××＋××1－××2－××3－××3]＋25×[＋59＋9＋9+－－×2)×2＋－－×2)×5]××＋25×[4×4＋×4＋9×2]××=内墙的重力荷载代表值：一层：×[(4×2＋×2)×＋+×－×＋＋＋＋×－×－×＋4×3×－××2]= kN二~四层：×[＋＋＋×＋4×3×－××3－×＋×＋×－×]= kN五层：×4×=电梯井墙重力荷载代表值：一层：×[＋－×＋(4＋×]= kN二~四层：×[＋－×＋(4＋×]= kN屋顶装饰架重力荷载代表值：25××5+×2)××= kN总的重力荷载代表值：恒荷载取全数，活荷载取50%（按均布等效荷载计算），则集中于各楼层的标高出的重力荷载代表值为：G i的计算进程：一层：×(59×－×4×2－4×＋＋＋＋＋＋＋＋＋×4×59×= kN二~三层：×(59×－4××2－4×＋＋＋＋＋＋＋×4×59×= kN四层：×9×4＋＋＋＋＋＋＋×(59×－×4×2－9×4)＋×4×(9×4＋×4×2)＋××(59×－×4×2－9×4)= kN五层：××4×2＋9×4)＋＋＋＋＋＋＋××(9×4＋×4×2)= kN 故G1=G2= kNG3= kNG4= kNG5=图2—2如下：G5=3124.87kNG4=18184.16kNG1=17311.22kNG2=17311.22kNG5=18568.35kN图2—2 各质点的重力荷载代表值框架侧移刚度计算梁线刚度：i b=E c I b/l，I b=（中框架梁），I b=（边框架梁）。
多、高层钢筋砼房屋的抗震规定一、震害及其分析（一）、钢筋砼框架房屋的震害钢筋砼框架房屋是我国工业与民用建筑较常用的结构形式，层数一般在10层以下，多数为5～6层。
震害调查表明，框架结构震害的严重部位多发生在框架梁柱节点和填充墙处。
1、框架梁、柱节点的震害未经抗震设计的框架的震害主要反映在梁柱节点区。
一般是柱的震害重于梁；柱顶的震害重于柱底；角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。
具体情况如下：1）柱顶地震作用后，柱顶周围出现水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝，重者砼压碎崩落，柱内箍筋拉脱，纵筋压屈呈灯笼状，上部梁板倾斜。
主要原因是节点处柱端的弯矩、剪力、轴力都比较大，柱头箍筋配置不足或锚固不好，在弯、剪、压共同作用下先使柱头保护层剥落，箍筋失效，而后纵筋压屈。
这种现象在高烈度区较为普遍，很难修复。
2）柱底柱底常见的震害是在离地面10～40㎝处有周围水平裂缝，虽受力情况与柱顶相同，但由于纵筋一般在此搭接，《砼结构设计规范》要求钢筋搭接区箍筋要加密，在客观上起到了抗震措施的作用，故震害轻于柱顶。
3）施工缝处地震发生后，柱的施工缝处常有一圈水平缝，其主要原因是砼的结合面处理不好所致。
4）短柱当框架中有错层、夹层或有半高的填充墙时，或不适当的设置了某些连系梁时，容易形成短柱（柱子的净高不大于柱截面长边的4倍）。
短柱的刚度大，能吸收较多的地震能量，但短柱在剪力作用下常发生剪切破坏，形成交叉裂缝甚至脆断。
5）角柱在地震作用下房屋不可避免的要发生扭转，而角柱所受扭转剪力最大，同时角柱又受双向弯矩作用，而此处横梁的约束作用又小，所以震害重于内柱。
6）梁端地震发生后，往往在梁的两端，即节点附近产生周围的竖向裂缝或斜裂缝。
这是因为在地震的往复作用下，梁端产生较大的变号弯矩，当地震作用效应超过砼的抗拉强度时，便产生周圈裂缝。
7）梁柱节点在地震的往复作用和重力荷载作用下，节点核心区砼处于剪压复合应力状态。
当节点区箍筋不足时，在剪压作用下，节点核心区砼将出现交叉斜向贯通裂缝甚至挤压破碎。
钢结构梁柱节点设计探讨1.常用的刚性连接节点常用的刚性连接的形式有全焊接节点、栓焊混合节点和全栓接节点。
1.1、全焊接节点：梁的上下翼缘采用坡口对接焊缝，梁腹板用角焊缝与柱翼缘连接。
2、栓焊混合节点：梁的上下翼缘采用坡口对接焊缝，梁腹板与焊接在柱翼缘上的连接板采用高强螺栓连接。
3、全栓接节点：梁的上下翼缘采用T形或角钢连接件与柱通过高强螺栓连接。
规范中关于这块的相关条文：《钢结构设计标准》GB50017-2017中12.3.1条“梁柱连接节点可采用栓焊混合连接、螺栓连接、焊接连接、端板连接、顶底角钢连接等构造。
”《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中8.1.1条“1、梁与H形柱(绕强轴)刚性连接以及梁与箱形柱或圆管柱刚性连接时，弯矩由梁翼缘和腹板受弯区的连接承受，剪力由腹板受剪区的连接承受。
2、梁与柱的连接宜采用翼缘焊接和腹板高强度螺栓连接的形式，也可采用全焊接连接。
一、二级时梁与柱宜采用加强型连接或骨式连接。
3、梁腹板用高强度螺栓连接时，应先确定腹板受弯区的高度，并应对设置于连接板上的螺栓进行合理布置，再分别计算腹板连接的受弯承载力和受剪承载力。
”2.连接节点的计算原则：规范中关于这块的相关条文：《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中8.2.1条“钢结构应按本节规定调整地震作用效应，其层间变形应符合本规范第5.5节的有关规定。
构件截面和连接抗震验算时，非抗震的承载力设计值应除以本规范规定承载力抗震调整系数”、8.2.8条“1.钢结构抗侧力构件连接的承载力设计值，不应小于相连构件的承载力。
2.钢结构抗侧力构件连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。
”《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中8.1.1条“高层民用建筑钢结构的连接，非抗震设计的结构应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定执行。
抗震设计时，构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面；连接设计应符合构造措施要求，按弹塑性设计，连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。
框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析一、本文概述本文旨在深入研究框架结构在地震中的抗倒塌能力，特别是在汶川地震极震区的实际震害案例分析基础上，探讨框架结构的抗震性能和失效机制。
汶川地震是中国历史上一次具有极大破坏性的地震，其极震区的震害情况尤为严重，为我们提供了宝贵的震害数据和实际案例。
本文通过分析这些案例，旨在提升对框架结构抗震性能的理解，为未来的抗震设计和防灾减灾提供科学依据。
文章首先将对框架结构的基本特性和抗震设计原理进行概述，为后续的分析和讨论提供理论基础。
随后，将详细介绍汶川地震极震区的几个典型框架结构震害案例，包括震害现象、破坏程度和影响因素等。
通过对这些案例的深入分析，我们将揭示框架结构在地震中的倒塌机制和薄弱环节，探讨现有抗震设计方法的优点和不足。
在此基础上，文章将进一步研究提高框架结构抗地震倒塌能力的有效措施和方法。
结合震害案例的分析结果，我们将探讨如何优化框架结构的抗震设计，提高结构的延性、耗能能力和整体稳定性。
还将关注新型抗震材料和技术的应用，以期在未来抗震设计和防灾减灾工作中取得更好的效果。
本文将对研究成果进行总结，并提出对未来研究方向的展望。
通过本文的研究，我们期望能够为提升我国框架结构抗震性能提供有益的建议和参考，为保障人民群众生命财产安全做出积极贡献。
二、框架结构的抗地震倒塌能力分析框架结构作为一种常见的建筑结构形式，其抗地震倒塌能力一直是工程界和学术界研究的重点。
在汶川地震极震区的震害案例分析中，我们可以发现，框架结构的抗地震倒塌能力受到多种因素的影响，包括结构设计、材料性能、施工质量、地震动特性等。
从结构设计的角度来看，合理的抗震设计是提高框架结构抗地震倒塌能力的关键。
在汶川地震中，一些遵循了现行抗震设计规范的框架结构表现出了较好的抗震性能，能够在地震中保持结构的整体性和稳定性。
然而，也有一些框架结构由于设计上的不足，如结构布置不合理、节点连接不牢固等，导致在地震中出现了严重的破坏甚至倒塌。
钢框架梁柱连接节点构造，图文并茂- 结构理论1. 梁与柱的连接1.1 梁与柱刚性连接的构造，形式有三种。
（1）梁翼缘、腹板与柱均为全熔透焊接，即全焊接节点；（2）梁翼缘与柱全熔透焊接，梁腹板与柱螺栓连接，即栓焊混合节点；（3）梁翼缘、腹板与柱均为螺栓连接，即全栓接节点；上图为三种梁柱刚性连接节点1.2 梁与柱刚性连接的构造（1）工字形梁与工字形柱或箱形柱刚性连接的细部构造:上图为梁与柱刚性连接细部构造（2）工字形柱和箱形柱通过带悬臂梁段与框架梁连接时，构造措施有两种：a、悬臂梁与梁栓焊混合节点；b、悬臂梁与梁全栓接节点。
上图为柱带悬臂梁段与梁连接梁与柱刚性连接时，按抗震设防的结构，柱在梁翼缘上下各500mm的节点范Χ内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的组合焊缝，应采用全熔透坡口焊缝。
1.3 改进梁与柱刚性连接抗震性能的构造措施对于有抗震性能要求的梁柱刚性连接，在遭遇罕见强烈地震时，应在构造上保证钢梁破坏先于节点破坏，保证梁柱节点的安全，即“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计原则。
（1）骨形连接骨形连接是通过削弱钢梁来保护梁柱节点。
这种骨形连接在日本比较流行。
上图为骨形连接（2）楔形盖板连接在不降低梁的强度和刚度的前提下，通过梁端翼缘加焊楔形盖板，增强梁柱节点上图为几种常见的梁端翼缘加焊楔形盖板做法（３）外连式加劲板连接对于箱型或圆形截面柱与梁刚性连接，除了采用骨形连接、楔形盖板之外，还可采用外连式加劲板连接，节点强度明显大于钢梁强度。
1.4 工字形截面柱在弱轴与主梁刚性连接当工字形截面柱在弱轴方向与主梁刚性连接时，应在主梁翼缘对应λ置设置柱水平加劲肋，在梁高范Χ内设置柱的竖向连接板，其厚度应分别与梁翼缘和腹板厚度相同。
柱水平加劲肋与柱翼缘和腹板均为全熔透坡口焊缝，竖向连接板与柱腹板连接为角焊缝。
主梁与柱的现场连接如图所示。
上图为工字形柱弱轴与主梁刚性连接1.5 梁柱节点域的加强工字形由上下水平加劲肋和柱翼缘所包Χ的柱腹板简称为节点域。
