影响钢筋混凝土框架节点抗震性能因素

钢筋混凝土框架节点结构质量的施工方法和措施摘要：为了解决目前钢筋混凝土框架结构节点在设计与施工中存在的钢筋排布、连接、锚固以及由此引起的钢筋密集等问题，对框架柱传统施工缝的留设以及短柱短梁等问题进行了思考并提出一些改进意见和建议。文章从建筑抗震的角度阐述了节点结构在设计与施工中要注意解决的3个问题,分析了产生这些问题的原因,并提出了一些有利于保证节点结构质量的施工方法和措施。该成果对节点抗震设计与施工具有一定的参考价值和指导意义。关键词：框架结构；节点；抗震；设计与施工；措施TheconstructionmethodandmeasureofjointstructurequalityforreinforcedconcreteframeAbstract:Inordertosolveexistingatpresentinthedesignandconstructionofreinforcedconcreteframejointsreinforcedarrangement,connection,anchorandreinforcedtheresultingdenseproblems,thetraditionalcolumnframeconstructionjointsdesignandshortshortcolumnbeamproblemssuchasthinkingandputsforwardsomeopinionsandsuggestionsforimprovement.Articlefromtheperspectiveofseismicdesignofbuildingsdescribesthenodestructureinthedesignandconstructionshouldpayattentiontosolvethreeproblems,analyzesthecausesoftheseproblems,andputsforwardthesometoensuretheconstructionmethodsandmeasuresforqualityofjoints.Thisresulthascertainreferencevalueandguidancefortheseismicdesignandconstructionofjoints.Keywords：Framestructure;joint;seismicdesign;designandconstruction;measure1概述工程结构设计人员对建筑物的抗震设计比较重视,随着建筑工程技术不断地提高,但钢筋混凝土框架的一些设计和施工仍有难题，如框架节点及相邻梁端和柱端的钢筋排布连接锚固等问题短柱短梁；施工缝留设位置与柱最大受力部位是否相符；钢筋过于密集对混凝土浇筑质量及钢筋与混凝土粘结强度的影响问题等，一直没有得到很好地解决，以数不同程度地影响着结构节点等部位的抗震能力。给工程结构抗震稳定性埋下质量隐患。因此,要加强和提高抗震结构节点处的设计和施工质量。2节点处混凝土强度问题2.1节点处混凝土的强度问题在地震荷载作用下,框架柱的破坏主要发生在接近节点处。对于框架结构,节点承受由梁柱传递来的轴力、弯矩、剪力的共同作用,受力状态极其复杂,其破坏形态主要表现为剪切破坏,在强烈地震荷载用下节点处核心区产生斜向X形裂缝,把节点核心区的混凝土分成若干混凝土块体,大幅度降低节点区域的混凝土强度;当节点区剪压比较大时,箍筋未屈服混凝土就剪、压酥碎而破坏,导致整个框架破坏。为此,必须采用构造配筋措施来强化节点处的强度,达到强节点目标。根据《建筑抗震设计规范》要求:框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区,混凝土的强度等级不应低于C30,构造柱、芯柱、圈梁及其他构件不应低于C20。从工程施工来看,节点区域选用较高强度等级的混凝土也是必要的。施工规范要求在梁柱混凝土强度等级差异较大时,应使节点混凝土强度等级与柱相同,这样处理对于结构抗震也存在不利的因素,如果强调节点处的混凝土与柱相同,则必将在梁上、柱的侧面留设垂直施工缝,而这些位置根据结构实际恰恰是剪切力最大的部位,施工缝的留设是不符合规范要求的,也难以保证结构构件的施工质量。为便于施工通常使梁板混凝土达到较高的强度等级,但加大了水泥用量,成本增加了。因此,如果将墙柱、梁板的混凝土选择相同的强度等级,设计人员设计时应作认真核算考虑,使其在工程结构上和经济上都合理。2.2节点混凝土振捣不密实的问题节点一般为梁柱交叉处,因此,节点处的纵横钢筋非常密集,梁的主筋受拉钢筋几乎都弯曲锚入节点内,柱的主筋通过节点处也占一定位置,还要必须配置加密箍筋。这个位置连绑扎钢筋都很困难,浇筑混凝土时下料和振捣是极其困难的。在节点处混凝土浇筑时,虽然能引起施工人员的重视,但混凝土浇筑时因插不进振捣棒而漏振或振不实,形成松散、蜂窝、孔洞的严重情况是存在的,不进行破坏检查不易发现。2.3施工缝的存在影响节点混凝土强度施工缝一般是因为客观因素或技术因素,造成构件混凝土的浇筑不能连续进行,浇筑间歇时间超过混凝土的初凝时间时,所造成新旧混凝土连接的薄弱部位。柱的施工缝一般留在梁的下面,或吊车梁牛腿的下面,无梁楼盖柱帽的下面等;剪力墙的施工缝一般留在楼板的上下表面处。由上所述,可看出节点处起着承启下的作用,施工缝也经常留设在节点的上端或下部。此位置承受着较大的剪应力,是整体结构的最薄弱环节。在每一层楼板上下表面处,形成两道施工缝的柱、暗柱、暗梁及楼板就是框架结构及剪力墙结构中最薄弱的部位,因此如果施工不当,对节点抗震发挥作用影响极大。施工规范要求在施工缝处继续浇筑混凝土时,应待混凝土的抗压强度不小于1.2MPa方可进行;在施工缝处浇筑混凝土之前,应除去施工缝表面的水泥薄膜、松动的石子和软弱的混凝土层,并加以充分湿润和冲洗干净,不得积水。在浇筑混凝土前,施工缝处宜先铺水泥浆(水泥:水=1:0.4),厚度为10mm~15mm,以保证接缝的质量。浇筑混凝土过程中,施工缝处应细致捣实,使其紧密结合。3构造措施方面问题3.1框架结构抗震构造措施3.1.1框架梁梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%,且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比,一级抗震不应大于0.25,二、三级抗震不应大于0.35。梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值,除按计算确定外,一级不小于0.5,二、三级不小于0.3。在地震作用下,梁端塑性铰区纵向钢筋屈服的范围一般可达1.5倍梁高左右。在梁端纵向钢筋屈服范围内,加密封闭式箍筋,可以加强对节点核芯区混凝土的约束作用,提高塑性铰区内混凝土的极限应变值,防止在塑性铰区内发生斜裂缝破坏,从而保证框架梁有足够的延性。同时还为纵向受压钢筋提供侧向支撑,防止纵筋压曲。《建筑抗震设计规范》对梁端箍筋加密区的范围和构造作了强制性规定(见表1)。注:①当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,表中箍筋最小值数值应增大2mm;②d为纵向钢筋直径;hb为梁端截面高度。3.1.2框架柱框架柱和框支柱上下端箍筋应加密,加密区的箍筋最大间距和箍筋的最小直径应符合表2规定。注:d为纵向钢筋直径;底层柱的柱根系指地下室的顶面或无地下室情况的基础顶面。一般情况下,框架柱箍筋加密区长度,柱箍应取柱截面长边尺寸(或圆形截面直径)、柱净高的1/6和500mm的最大值;柱根加密区长度应取不小于该层柱净高的1/3;当有刚性地面时,除柱端箍加密区外尚应在刚性地面上、下各500mm的高度范围内加密箍筋。3.1.3框架节点为使混凝土框架节点具有较高的核芯强度,抗震设计规范要求在框架节点的核芯区必须加密钢筋,配筋量不应小于柱端加密区的实际配箍量,还要进行节点内力分析,并采取相应的附加措施。为保证框架节点核芯区混凝土的抗剪承载力,使框架梁、柱纵向钢筋有可靠的锚固条件,对节点核芯区混凝土应进行有效地约束,节点区内配箍特征值λv,对于一、二、三级框架分别不小于0.12、0.10、0.08,其箍筋体积配筋率分别不小于0.6%、0.5%和0.4%。3.2抗震构造措施设计人员习惯于将楼层高处的抗震墙暗梁做得与墙一样宽,由此配筋设计时,较少考虑到暗梁钢筋与墙中纵横钢筋及暗柱钢筋的相互关系,因此要加强抗震墙中暗梁的配筋。抗震设计规范要求,暗梁外侧纵向钢筋端部必须弯折插入暗柱主筋内侧,而实际施工较困难,通常是直接将暗梁纵向钢筋置于暗柱主筋内侧,这就导致暗梁纵向钢筋间的净距不能达到规范要求。而且由于宽度较实际尺寸小,箍筋也没有能紧密地箍牢暗梁的纵向钢筋,这将直接影响了构件的抗裂性能。由于暗梁与墙同宽,墙中竖向钢筋与暗梁纵向钢筋相撞,施工图中将其置于梁两侧筋的内侧。但在暗梁外侧纵向钢筋内移后,墙中竖向钢筋仍然置于暗梁钢筋内侧,其结果不但使梅花形布置的拉筋失去作用,也降低了抗震墙强度。这样只得将墙中竖向钢筋置于暗梁纵向钢筋外侧,暗梁一般与连梁设计在同一高度,而上下端经常是留置水平施工缝的位置,承担水平施工缝的位置,形成竖向钢筋承担水平施工缝处的全部剪力,属于水平和竖向钢筋加强区。如果在暗梁高度范围内竖向钢筋失去水平钢筋的约束,易产生混凝土保护层的局部破坏。抗震墙竖向、横向分布钢筋的配筋,应符合下列要求。①一、二、三级抗震墙的竖向和横向分布筋最小配筋率均不应小于0.25%;四级抗震墙不应小于0.2%;钢筋间距不应大于300mm,直径不应小于8mm。②抗震墙竖向和横向分布筋的直径不宜大于墙厚的1/10。抗震墙两端和洞口两侧应设置边缘构件,并应符合下列要求:抗震墙结构和一、二级抗震墙底部加强部位及相邻的上一层,应设置约束边缘构件,但墙肢底截面的轴压比较小时可设置构造边缘构件。4钢筋锚固长度方面的问题4.1设计原因造成锚固长度不足混凝土中钢筋的锚固长度,主梁纵向钢筋要弯折插入节点区内,其受力状态比较复杂,当钢筋的水平锚固长度lh比较小时,多会出现侧面鼓膨裂缝,使核芯区混凝土斜向劈裂或压碎破坏;当钢筋弯曲后垂直段比较短时,常会出现垂直钢筋(踢)胀破保护层而破坏。因此规范对节点区钢筋的最小锚固长度la或lae,钢筋的水平锚固长度及垂直锚固长度都有明确的规定。在实施中,设计人员对最小钢筋的锚固长度la或lae的取值较为重视,但容易忽视节点中受拉钢筋的lh,这样将使受拉钢筋的锚固长度无可靠性保证,其主要原因在于la或lae取值时忽略了梁柱的实际尺寸的影响。例如某多层框架结构,混凝土强度等级为C20,按抗震规范取最小锚固长度lae=la=38d,在节点施工图中仅示意受拉钢筋的锚固位置、弯折方向及锚固长度;其标准层节点为lae,顶层节点为1.2lae。实际上的柱截面b×h=350×350mm,梁截面b×h=250×350mm;在标准层d=22mm,锚固长度lae=la=38d=836mm,而实际水平长度lh=320mm0.45lae,必须采取附加锚固措施。因此,在进行抗震结构设计时要注意解决好节点钢筋的锚固问题。梁、柱节点构造是保证框结构整体空间受力性能的重要措施。现浇框架的梁、柱节点应做成刚性节点。4.1.1框架梁纵向钢筋4.1.1.1上部纵向钢筋当采用直线锚固形式时,框架梁上部纵向钢筋伸入中间层端节点的锚固长度不应小于la,且应伸过柱中心线不宜小于5d。当上部纵向钢筋在节点内水平锚固长度不够时,应伸至节点对边并向下弯折,但弯折前的水平锚固长度(包括在弯弧段在内)不应小于0.4la,弯折后的竖直锚固长度(包括在弯弧段在内)应取15d。框架梁上部纵向钢筋应贯穿中间节点。4.1.1.2下部纵向钢筋框架梁下部纵向钢筋中中间节点处应满足下列锚固要求。①当计算中不利用该钢筋强度时,其伸入节点的锚固长度lae,带肋钢筋不应小于12d,光面钢筋不应小于15d。②当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时,下部纵向钢筋应锚固在节点内。此时,可采用直线锚固形式,也可采用带90°弯折的锚固形式,也可伸过节点范围并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。③当计算中充分利用钢筋的抗压强度时,下部纵向钢筋应按受压钢筋锚固在中间节点内。此时,其直线锚固长度不应小