框架梁、柱节点域抗剪超限的原理及解决方法
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节点核心区抗剪超限调整方法总结节点是结构中的一个重要部分,其作用是传递荷载和保持结构的稳定性。
在结构设计和施工过程中,有时会出现节点核心区抗剪承载力不足的情况。
为了解决这一问题,需要采取相应的调整方法。
本文将总结节点核心区抗剪超限调整方法。
首先,调整节点剪力传递路径。
当节点核心区抗剪承载力不足时,可以通过增加主梁、次梁的剪力传递来增加节点的承载能力。
在设计阶段,可以根据节点的受力情况,在适当位置设置次梁,并增加主梁与次梁之间的连接,以提高节点的抗剪能力。
其次,调整节点材料强度。
在节点核心区抗剪超限的情况下,可以通过提高节点材料的强度来增加节点的抗剪能力。
可以选择高强度材料来替代原有材料,或者采用钢筋加固的方式来增强节点的抗剪能力。
这样可以在不改变节点结构的情况下,提高节点的受力性能。
另外,调整节点的结构形式。
节点的结构形式对其抗剪能力有很大影响。
当节点核心区抗剪承载力不足时,可以通过增加节点的底部宽度或者侧向加固来提高节点的抗剪能力。
在设计阶段,可以选择合适的节点形式,并进行适当的调整,以满足节点的抗剪要求。
最后,进行节点加固措施。
当节点核心区抗剪超限时,可以通过进行节点的加固来提高其抗剪能力。
加固措施可以包括在节点周围加设箍筋、设置钢板加固、注浆等方式。
这样可以在不改变原有结构的情况下,增加节点的抗剪能力。
综上所述,节点核心区抗剪超限调整方法包括调整节点剪力传递路径、调整节点材料强度、调整节点的结构形式以及进行节点加固措施。
在实际工程中,需要根据具体情况选择适当的调整方法,以确保节点的抗剪能力满足设计要求。
同时,在节点设计和施工过程中应加强质量控制,确保节点的抗剪性能得到有效保证。
梁柱节点核心区抗剪超限的应对对于高烈度区的框架结构,梁柱节点核心区抗剪超限一直是一个比较棘手的问题。
传统的设计中,为了核心区抗剪满足限值要求,一般采取的措施是加大梁柱截面、提高混凝土标号,这种做法虽然能解决柱节点核心区的抗剪超限问题,但往往是以损坏建筑物的使用效果,增加结构材料用量为代价的。
一、YJK与PKPM在计算节点核心区抗剪问题上的差异在实际工程中,用户往往会遇到YJK与PKPM在计算节点核心区抗剪结果差异的问题,比如此例,同一工程,两个软件在核心区计算结果上差异比较大,查看构件信息可知,两个软件在核心区剪力设计值限值的计算上存在差异。
YJK计算结果:PKPM计算结果:产生这一差异的主要原因是两款软件根据《混凝土规范》11.6.3计算核心区剪力设计值限值时对于正交梁对节点的约束影响系数的取值规则不同。
YJK在计算正交梁对节点的约束影响系数时,按照规范的要求只要柱X、Y两个方向中有一个方向的梁宽小于柱宽一半,则正交梁约束影响系数取为1,而PKPM的判断规则不同,PKPM判断时根据各侧梁宽和柱宽的关系分别决定正交梁对节点的约束影响系数,对于此例,PKPM在计算X向核心区抗剪时,正交梁约束系数取1.5。
所以PKPM结果中Vj=3610.34KN>节点核心区剪力限制3585.0KN,并未对此进行提示。
二、选择地震工况按全楼弹性板6计算可大量减少柱节点核心区抗剪超限从《混凝土规范》11.6.3可知:当梁柱材料、截面尺寸一定时,若想使框架梁柱节点核心区抗剪满足要求,唯一的方法是减小节点核心区剪力设计值Vj;从《混凝土规范》11.6.2可知:节点核心区剪力设计值Vj与节点处框架梁端地震作用弯矩值有关。
所以解决框架节点核心区抗剪超限问题的根本在于降低地震作用下节点位置处梁端的弯矩设计值。
结构计算时对于楼板较厚(如大于150mm时)的板可以将其设置为弹性板6(壳元)计算,这是梁板共同工作的计算模型,可使梁上荷载由板和梁共同承担,从而减少梁的受力和配筋。
专家答疑——结构设计节点核心区抗剪的超限问题1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b j及正交梁的约束影响系数ηj(详见《抗震规范》附录D),而b j,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,b j 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b j,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、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.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.式中:f c’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;A c为节点区上部混凝土柱的截面面积;f cc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.。
梁柱节点核芯区抗剪超限的处理方式框架结构设计时,经常碰到梁柱节点核芯区抗剪承载力不满足规范要求的情况,在《建筑抗震设计规范GB50011-2010》[2016年修订版]的附录D中规定:
提高框架梁柱节点核心区抗剪承载力的途径有很多,如提高节点区混凝土强度等级、加大框架梁宽度、减小柱截面、梁水平加腋等等。
1、当框架梁截面宽度略小于0.5倍的框架柱截面宽度时,可根据结构位移情况适当减小柱截面宽度或加大梁截面宽度,这样可使ηj由1.0变成1.5,轻松满足要求。
2、当框架梁截面宽度远小于0.5倍框架柱的截面宽度时,减小柱截面宽度则对位移影响较大,加大梁截面宽度又太过浪费,这时可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,但采用此方法时,结构施工较为复杂。
3、当梁柱混凝土等级相差较多,且节点区域抗剪承载力远远不满足要求时,可采取如下所示方式:
水平加腋对节点核芯区抗剪中的作用如何计算呢?在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中第6.1.7条规定:
2梁采用水平加腋时,框架节点有效宽度bj宜符合下式要求。
柱子剪压比超限柱子是建筑物中最重要的支撑结构,它必须具备合理的强度和刚度,以保证整个建筑物的稳定。
但是,由于生产技术和原材料的局限,柱子在施工中经常会出现剪压比超限的情况。
剪压比超限经常发生在钢筋混凝土柱梁上,由于许多原因,该类柱梁中钢筋的分布有可能超过规范所规定的最大剪压比,其特征是在许多紧固点附近的钢筋密度较大,而紧固点之间的钢筋密度较低。
剪压比超限的主要原因有以下几点:(1)施工图纸图样不合理,设计者没有考虑到混凝土的弹性模量或柱子的受力状态,导致施工图上钢筋穿越柱子的横截面积不足。
(2)模板施工时,施工人员组装模板时没有按照设计图纸提供的尺寸,导致模板过小,混凝土浇筑时,为了完全包裹钢筋,将会增加钢筋的分布范围和密度,从而使剪压比超出规范要求的最大值。
(3)原材料的质量偏低,尤其是钢筋的屈服强度,可能不符合设计要求,因此,施工时会采用更多的钢筋,导致剪压比超出规范要求的最大值。
如果柱子剪压比超限,将会给建筑物结构安全性带来负面影响,甚至可能导致建筑物倒塌。
因此,为使柱子能够满足设计要求,应采取一系列措施,以期解决剪压比超限的问题。
(1)在施工前,严格按照设计图纸构造模板,确保施工模板的精度,以防止钢筋超量穿越柱子的横截面。
(2)在施工前,检验原材料的质量,确保符合设计要求,改善施工工艺,以减少对原材料质量的要求。
(3)在施工过程中,对混凝土浇筑时的操作进行严格管理,确保混凝土浇筑质量,弥补施工中钢筋超量穿越柱子的横截面。
(4)施工过程中,定期进行柱子剪压比测试,及时检测柱子是否符合设计要求,以确保结构工程的安全性。
贯彻上述措施,可有效地防止柱子剪压比超限。
柱子剪压比超限的原因与施工环节密切相关,因此,保证施工质量是解决这一问题的关键。
因此,建设者应当坚持施工规范,严格按照施工图纸构造模板,控制施工技术,定期检查混凝土柱梁的剪压比,以保证柱子的强度和刚度。
本文是经过检查的原创文章,如有雷同,纯属巧合。
砼框架结构梁柱节点域抗剪超限处理措施【摘要】强节点弱构件是建筑抗震设计的基本原则之一,保证砼梁柱节点安全至关重要。
在建筑结构设计工作中,特别是在抗震设防高烈度地区,砼框架结构常常会出现梁柱节点域抗剪超限问题。
本文通过对梁柱节点域抗剪计算理论、公式的分析,结合实际工作经验,总结了一些相应处理措施。
【关键词】砼梁柱节点域;抗剪超限【中图分类号】TU31【文献标识码】A【文章编号】1002-8544(2017)12-0048-02《建筑抗震设计规范》GB5011-2010中明确规定,一、二、三级框架的节点核芯区应进行抗震验算;四级框架节点核芯区可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施的要求。
在地震往复作用下,砼主拉应力引起梁柱节点区的抗剪破坏。
梁柱节点区出现多条交叉裂缝,砼被压碎,柱纵筋被压屈。
其破坏形式属于脆性破坏,应严格避免。
1.梁柱节点核心区截面抗震验算公式一、二、三级框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值,计算公式如下,2.框架结构梁柱节点抗剪承载力的影响因素由上述公式可以发现,其主要影响因素是梁柱节点核芯区截面尺寸以及梁对柱的约束条件等。
2.1 梁板对节点的约束影响梁板对柱节点具有约束作用,能提高节点区砼的抗剪能力。
四边有梁的中柱可以受到有效的约束。
而三边有梁的边柱和二边有梁的角柱,其梁对柱的约束作用并不明显。
2.2 轴向压力的影响当轴向压力较小时,节点区砼的抗剪强度随着轴压力的增加而增加。
但当轴压比较大时(一般为0.6~0.8),节点区砼的抗剪强度反而随轴压力的增加而下降。
2.3 剪压比的影响砼梁柱节点区砼与钢筋是共同工作的,通过限制节点水平截面上的剪压比来实现节点破坏时钢筋先屈服、砼后破坏。
当剪压比较大时,增加箍筋的作用不再明显,此时就需要增加节点水平截面的尺寸。
2.4 梁纵筋滑移的影响对于中柱节点,由于地震的往复作用会使梁纵筋在节点处的粘结锚固迅速破坏,梁纵筋产生滑移,使节点区抗剪承载力降低,同时也会使节点的刚度和延性显著降低。
浅析8度区多层框架结构框架柱剪压比超限原理及解决方法作者:傅舒曼来源:《装饰装修天地》2018年第18期摘要:本文主要阐述了控制框架混凝土柱剪压比的原因,认真分析了框架柱剪压比计算原理,结合8度区某多层建筑实际案例,通过模型的调整,掌握了如何有效控制剪压比的方法,并对今后相似项目做出技术分析及总结。
关键词:8度区;多层框架结构;剪压比计算原理;解决框架混凝土柱剪压比超限问题1 控制框架柱剪压比原因剪压比是截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,用于说明截面上承受名义剪应力的大小。
该比值是结构抗震设计中经常使用的重要指标。
试验研究表明:框架柱剪压比超过一定数值时,导致较早出现斜裂缝,即使增加箍筋也不能有效提高框架柱受剪承载力(在箍筋未屈服的情况下,有可能已经发生混凝土斜压破坏或发生受弯钢筋屈服后的剪切变形破坏,它不是受剪承载力不足,而是剪切变形超过了混凝土的极限导致的破坏)。
在抗震结构设计中,“强柱弱梁,强剪弱弯”是提高结构变形能力的设计精髓,因此控制框架柱的剪压比在抗震设计中显得尤为重要。
2 框架柱剪压比计算原理《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)6.2.9条1规定钢筋混凝土结构的柱其截面组合的剪力设计值应符合下列要求:λ>2的柱:V≤(1/γRE)0.20 fcbh0λ≤2的柱:V≤(1/γRE)0.15 fcbh0框架柱的剪跨比可按下式计算:λ=MC/(VCh0)注:V:剪力设计值γRE:承载力抗震调整系数,依据《建筑抗震设计规范》表5.4.2,各类混凝土受剪或偏拉构件采用0.85fc:混凝土轴心抗压强度设计值b:柱截面宽度h0:柱截面计算方向的有效高度λ:框架柱的剪跨比;反弯点位于柱高中部的框架柱,可取柱净高与计算方向2倍柱截面有效高度之比MC:柱端截面组合弯矩计算值VC:对应截面的组合剪力计算值依据剪压比的定义——截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,可以得出剪压比的公式为V/ fcbh0。
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Vj>■(0.3ηjfcbjhj)。
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。
两者分别称为“节点核芯区”、“节点核心区”,一字之差,足矣鉴域之重。
梁柱节点核心区抗剪超限的应对对于高烈度区的框架结构,梁柱节点核心区抗剪超限一直是一个比较棘手的问题。
传统的设计中,为了核心区抗剪满足限值要求,一般采取的措施是加大梁柱截面、提高混凝土标号,这种做法虽然能解决柱节点核心区的抗剪超限问题,但往往是以损坏建筑物的使用效果,增加结构材料用量为代价的。
一、YJK与PKPM在计算节点核心区抗剪问题上的差异在实际工程中,用户往往会遇到YJK与PKPM在计算节点核心区抗剪结果差异的问题,比如此例,同一工程,两个软件在核心区计算结果上差异比较大,查看构件信息可知,两个软件在核心区剪力设计值限值的计算上存在差异。
YJK计算结果:PKPM计算结果:产生这一差异的主要原因是两款软件根据《混凝土规范》11.6.3计算核心区剪力设计值限值时对于正交梁对节点的约束影响系数的取值规则不同。
YJK在计算正交梁对节点的约束影响系数时,按照规范的要求只要柱X、Y两个方向中有一个方向的梁宽小于柱宽一半,则正交梁约束影响系数取为1,而PKPM的判断规则不同,PKPM判断时根据各侧梁宽和柱宽的关系分别决定正交梁对节点的约束影响系数,对于此例,PKPM在计算X向核心区抗剪时,正交梁约束系数取1.5。
所以PKPM结果中Vj=3610.34KN>节点核心区剪力限制3585.0KN,并未对此进行提示。
二、选择地震工况按全楼弹性板6计算可大量减少柱节点核心区抗剪超限从《混凝土规范》11.6.3可知:当梁柱材料、截面尺寸一定时,若想使框架梁柱节点核心区抗剪满足要求,唯一的方法是减小节点核心区剪力设计值Vj;从《混凝土规范》11.6.2可知:节点核心区剪力设计值Vj与节点处框架梁端地震作用弯矩值有关。
所以解决框架节点核心区抗剪超限问题的根本在于降低地震作用下节点位置处梁端的弯矩设计值。
结构计算时对于楼板较厚(如大于150mm时)的板可以将其设置为弹性板6(壳元)计算,这是梁板共同工作的计算模型,可使梁上荷载由板和梁共同承担,从而减少梁的受力和配筋。
专家答疑——结构设计节点核心区抗剪的超限问题1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b j及正交梁的约束影响系数ηj(详见《抗震规范》附录D),而b j,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,b j 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b j,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、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.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.式中:f c’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;A c为节点区上部混凝土柱的截面面积;f cc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.。
浅析框架梁、柱节点域抗剪超限的原理及解决方法
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vj>■(0.3ηjfcbjhj)。
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。
两者分别称为“节点核芯区”、“节点核心区”,一字之差,足矣鉴域之重。
二、节点核芯区组合的剪力设计值计算原理
依据《建筑抗震设计规范》gb50011-2010,附录d.1.3,节点核芯区组合的剪力设计值,应符合下列要求:
vj≤■(0.3ηjfcbjhj)
ηj——正交梁的约束影响系数;
fc——混凝土轴心抗压强度设计值;
bj——节点核芯区的截面有效验算宽度;
hj——节点核芯区的截面高度;
γre——承载力抗震调整系数,可采用0.85。
综合《建筑抗震设计规范》规定,结合实际验算经验,逐个注解以上式中的计算参数以及需要注意的地方:
ηj:当楼板为现浇、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,且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时,可采用1.5,9度区一级抗震宜采用1.25;其他情况均采用1.0;
fc:依据《混凝土结构设计规范》4.1.4-1混凝土强度等级对应的轴心抗拉强度设计值取值;
bj:当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时,可采用该侧柱截面宽度bc,当小于该侧柱截面宽度的1/2时,可采用下列二者的较小值:
①bj=bb+0.5hc(bb——梁截面宽度;hc——验算方向的柱截面高度)
②bj=bc
hj:可采用验算方向的柱截面高度hc
γre:承载力抗震调整系数,可采用0.85,依据《抗规》5.4.2相关规定。
三、《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
依据《混凝土结构设计规范》gb50010-2010,11.6.3,框架梁柱节点核心区的受剪水平截面应符合下列条件:
vj≤1■(0.3ηjβcfcbjhj)
可见与《建筑抗震设计规范》节点核芯区组合的剪力设计值验算公式相近,式中多了βc,依据《混规》6.3.1规定,βc为混凝土强度影响系数,当混凝土强度等级不超过c50时,βc取1.0,当混凝土强度等级为c80时,βc取0.8;其间按线性内插法确定。
其余计算参数与《建筑抗震设计规范》节点核心区组合的剪力设计值验算公式相同。
四、中国石油内蒙古销售公司八拜油库改扩建项目中综合办公楼框架柱节点域抗剪超限解决的计算实例
八拜油库建设地区抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.2g,综合办公楼结构选型为框架结构,建筑层数3层,梁板柱砼等级为c30。
在利用pkpm辅助设计软件satwe做抗震验算时,检查出模型存在以下超限信息:
第1层配筋、验算
**节点域抗剪超限n-c=9(30)vjy=1354.>ffc
=0.35*fc*h*b=1251.
**节点域抗剪超限n-c=10(30)vjy=1756.>ffc
=0.35*fc*h*b=1251.
**节点域抗剪超限n-c=11(30)vjy=1520.>ffc
=0.35*fc*h*b=1251.
n-c为节点号,(30)为内力组合号,即以上梁柱节点的节点域抗剪超限,不满足《混凝土结构设计规范》11.6和《建筑抗震设计规范》附录d.1.3的规范要求。
根据下面规范公式:
vj≤1■(0.3ηjβcfcbjhj)
ffc=(0.3x1.5x1x14.3x0.5x0.5)/0.85=1893,大于pkpm验算结果数值。
查看pkpm计算过程,ffc=0.35*fc*h*b=1251,0.35应为0.3/0.85所得,且式中ηj正交梁的约束影响系数取1.0,而模型中柱截面为500x500,梁宽250,满足《建筑抗震设计规范》。
附录d.1.3中
对ηj的规定:满足当楼板为现浇、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,且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时,可采用1.5,因此验算结果应为:
n-c=9(30)vjy=1354.>ffc=0.35*fc*h*b=1893.
n-c=10(30)vjy=1756.>ffc=0.35*fc*h*b=1893.
n-c=11(30)vjy=1520.>ffc=0.35*fc*h*b=1893.
满足规范要求。
五、技术分析及总结
依据《建筑抗震设计规范》6.2.14,节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位,《混凝土结构设计规范》也对节点核心区做了明确规定。
在结构设计中针对规范中的抗震验算规定,进行验算,当验算不满足规范要求时,宜先检查ηj正交梁的约束影响系数是否正确,再针对fc、bj、hj进行合理调整,如提高砼强度等级标号,增加节点域面积,能够有效提高抗剪承载力,直到满足规范要求。
参考文献:
[1]中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范
gb50010-2010[db/ol].[2011-07-01].
http:
///view/18cbfef6f90f76c661371a26.html. [2]住房和城乡建设部,国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范gb50011-2010[m].中国建筑工业出版社,2010.
[3]中国建筑科学研究院.pkpm-satwe说明书[z].2010.。