关于框架节点抗剪超限的解决方法

关于框架节点抗剪超限的解决方法

刘命元1 郑兵2 向治全3

（1 江苏筑原建筑设计有限公司，江苏 常州 213002）

（2 四川德阳构想建筑规划勘测设计有限公司，四川 德阳 618000） （3 四川山鼎建筑工程设计股份有限公司，四川 成都 610021）

摘要：框架节点是框架结构中的很重要一部分，整个结构会因节点的破坏而破坏。而在层高较高的框架结构中常出现节点抗剪超限的情况。针对这种情况，从理论上分析了并提出了一些解决框架节点抗剪超限的方法。最后用一个实例阐述了具体的调整过程。

关键词：框架节点；抗剪超限；调整方法

*

引言

框架节点是框架结构的一个重要部件，起着传递和分配内力、保证结构整体性的作用。钢筋混凝土梁柱节点的破坏十分明显，往往由于节点核芯区剪切破坏而导致整个结构破坏。在结构设计工作中，特别是层高较大的框架结构中，常出现节点域抗剪不满足规范的情况即节点抗剪超限。本文结合理论分析和工程实际对在工程设计中出现的节点抗剪超限提出一些调整的方法和见解，希望能够给结构设计工作者带来一点帮助。

[1]

1 理论分析

取框架结构的中间节点为研究对象。

一、二、三级框架梁柱节点核芯区剪力设计值按式下式确定：

Vj??jb?Mbhb0?a's(1?hb0?a's(1.1) )Hc?hb hb0?a's(1.2) )Hc?hb

一级的框架结构和9度的一级框架结构可按下式：

Vj?其中：

1.15?Mbahb0?a's(1?hb0——梁有效截面高度；

Vj——节点核芯区组合剪力设计值；

Hc——柱计算高度；

a's——梁受压边缘至钢筋合力点距离；

?jb——强节点系数；

收稿日期： 作者简介：刘命元(1987-)，男，硕士学历，江苏筑原建筑设计有限公司助理结构工程师。电话：15961431835，E-mail：wflmy870818@163.com。

hb——梁截面高度；

?Mbua——节点左右梁端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应

弯矩之和；

?Mb——节点左右梁端反时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和，当为一级框架时

且节点左右梁端弯矩均为负时，其中绝对值较小应取为零；

为防止框架节点核芯区的斜压破坏，出现过宽的裂缝，核芯区组合的剪力设计值应符合式1.3：

Vj?其中：

1?RE(0.3?jfcbjhj)

(1.3)

Vj——节点核芯区组合剪力设计值；

?RE——承载力抗震调整系数；

?j——正交梁约束影响系数；

bj——节点核芯区截面有效验算宽度； hj——节点核芯区截面高度[2]；

2 调整方法

在实际工程设计中特别是在层高较大的结构中容易出现节点核芯区抗剪超限即：

Vj?1?RE(0.3?jfcbjhj)

(2.1)

由于结构受到建筑美观和功能的要求特别是一般的民用建筑。在这类建筑的结构设计中，通过沿梁高方向加腋和梁宽方向加腋，增大节点区框架梁的有效宽度和有效高度，以此来加强节点区域的侧向约束[3]，使抗剪承载力满足要求的方法不能采用，只有通过改变梁或柱子的大小，来减小节点核芯区剪力设计值Vj和增大节点核芯区发生斜压破坏的限值

1?RE(0.3?jfcbjhj)。

具体方法与不足点： 1．增大该层柱子

增大柱子即增大了核芯区的截面高度hj，但同时增大了柱子的刚度，柱子分担的剪力

也随即增大，梁端组合弯矩即2．减小上一层的柱子

?Mb相应的增大。

减小上一层的柱子不会减小核芯区的截面高度hj，但是却减小了柱子的刚度，柱子分担的剪力也相应的减小，梁端组合弯矩即应的减小。 3．加大本层梁

由式1.1可得：节点核芯区剪力设计值大小与其节点处梁的高度大小紧密相关，而核芯区截面的验算宽度却和梁的宽度有直接关系，而且增大梁的刚度必然会增大梁柱的线刚度比，使框架柱的反弯点逐渐向中间靠近，Hc的计算值减小，减小剪力设计值Vj，所以加

大梁能很好的改善节点域抗剪不足的问题。但是加大梁截面尺寸会增大梁刚度，梁吸收地震能量变多，梁端组合弯矩变大，即

?Mb相应的减小，由式1.1剪力设计值Vj也相

?Mb可能增大。

综上所述：如果在实际的工程设计中，结构的上一层的位移角远小于规范规定值时，宜采用2减小上一层柱子的方法，反之宜采用1和3。

3 工程实例

本工程位于四川省什邡市，为一框架结构，地上3层，主楼结构高度为12.450m。室内外高差0.1m，基础顶到地面的距离0.9m。首层层高4.5m，其余层高3.9m。采用PKPM（10版）SATWE进行结构的计算和分析。

图1 结构平面布置图

初始方案：平面布置如图1，首层为500?500的柱子，柱子大小逐层递减，二层为

450?450的柱子，三层为400?400的柱子。主梁为200?550，次梁为200?500。建筑

装饰需要建筑物外圈除为了楼梯间柱子500?500外其余全部为450?450的柱子。在模型中首层层高应延伸到基础顶部，所以模型中的首层层高为5.5m，而导致层高较高，致使节

点域抗剪力不足。经SATWE分析计算如图2所示圆圈内节点处的抗剪不足。

图2混凝土柱配筋图

表1：地震作用下层间位移角：

第一层 第二层 第三层

X方向 1/565 1/799 1/1414

Y方向 1/541 1/727 1/1309

由表1 得第一层层间位移角已基本达到规范要求的1/550，第二层的位移角有一定的富余，所以为满足节点域抗剪超限，削弱二层柱子的刚度，减小其对结构刚度的贡献，以减小

?Mb。把上一层的柱子由450?450减小为400?400，由于建筑的限制不改变建筑外围

的柱子，再经SATWE分析计算如图3所示节点处的抗剪不足的情况大大改善，绝大部分满足规范，只有局部一个节点仍然超限，位移角如表2所示。

图3调整后混凝土柱配筋图

表2：调整后地震作用下的层间位移角

第一层 第二层 第三层

X方向 1/568 1/761 1/1399

Y方向 1/547 1/707 1/1306

此时，建筑不允许局部改变柱子大小影响整个建筑的外观，只能改变梁的大小来调整，且梁下面是填充墙，故以加大本层梁来解决节点域超限的方法是可行的，将2号轴线的梁由

200?550改为200?600。再由SATWE分析计算全部节点抗剪承载力满足规范要求，位

移角如表3所示均满足规范要求。

表3：加大梁后地震作用下层间位移角

第一层 第二层 第三层

X方向 1/566 1/759 1/1393

Y方向 1/564 1/736 1/1323

4 结论：

本文主要对层高较大的框架结构中常出现节点域抗剪超限的情况，从理论和实际工程情况出发提出了一些调整使其满足规范要求的方法。在位移角满足规范的前提小，建议采用适当减小上一层柱子的方法，降低该柱子对整个结构刚度的贡献，从而减小剪力，减小梁端弯矩；当位移角与规范值相差较远时，可适当增大该处梁和柱子的大小，以增大节点核芯区（即增大bj、hj、hb），增强约束。最终满足式1.3的规范要求。 参考文献：

[1] 郑 懿,杨俊杰,王森军. 轴压比对梁柱节点抗剪强度影响的分析[J]. 浙江工业大学学报. 2007. [2] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社, 2010. [3] 朱炳寅.提高梁柱节点核心区抗剪承载力的有效途径[J].建筑结构.2010.

[4] 东南大学,天津大学, 同济大学. 混凝土结构设计原理[ M] . 北京:中国建筑工业出版社出版, 2002.

The solution method about shear out-of-codes of frame joints

Liu Mingyuan1，Zheng Bing2，Xiang Zhiquan3

（1 Jiangsu ZhuYuan Architecture Design CO.LTD, Changzhou Jiangsu 213002）

（2 Sichuan DeYang GouXiang Construction Planning&Survey and Design Ltd;.CO,DeYang

Sichuan 618000）

（3 Sichuan Cendes Architecture Design CO.LTD, Chengdu Sichuan 610000） Abstract：Frame joint is an important part in frame structure, The whole structure will destroy as the joint failure. The situation of shear out-of-codes of joints in the relatively higher frame structure often appears. In view of this situation, it analyzes and puts forward some method to solve it in theory. Lastly it elaborates the detail process of adjustment by using a example. Keyword：frame joints, shear out-of-codes，solution method

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