高层建筑梁柱节点区结构设计探析.pdf

规划与设计
建与装饰
2014年5月
高层建筑梁柱节点区结构设计探析
黄来建
(福建超平建筑设计有限公司福建省三明市365000)
摘要:梁柱节点区主要是框架梁与框架柱相交的部位,其不仅是联系整个建筑结构体系的枢纽,而且承受这来自于
柱端、梁段传递来的剪力、弯矩和轴力,受力状况相对复杂。在结构设计时,除了保证梁、柱构件具备足够的强度和延性以
外,还应保证梁柱节点区的承载能力,使之不过早破坏。本文结合实际工作经验,从梁柱节点区主要受力破坏形态出发,并
以某高层住宅建筑为例,就其梁柱节点区的结构设计与相关参数计算方面的要点进行了深讨。
关键词:高层建筑;梁柱节点区;结构设计;要点
中图分类号:TU208.3
文献标识码:B
文章编号:1673-0038(2014)18-0048-02
高层建筑梁柱节点区的受力破坏形式主要为剪切破坏,并可
能导致框架失效。另外,在地震反复作用下,伸入梁柱节点区的
纵紧和混凝士之间的粘结容易受到破坏,并极大降低梁截面后
期受穹承载力和节点刚度,造成破坏。因此,对高层建筑框架结
构设计的重要内容之一,即是应当对梁柱节点区采取强节点、强
锚固的设计措施,以避免梁柱节点区在梁、柱构件破坏之前破
坏,同时保证梁、柱纵向钢筋在节点区内有可靠的错固。
图2柱端破坏
1梁柱节点区的受力破坏形态及提高延性的设「高层建災给构的女全和坑是非常不利的
计措施
1.2提高节点区延性的设计措施
为有效提高节点区延性,以避免上述节点区破坏形态的发
1.1梁柱节点区的受力破坏形态
生,可主要采取以下几类设计措施
高层建筑梁柱节点区的受力较为复杂,但主要是受到压力和
(1)限制柱的轴压比,并减少柱对节点的压力
剪力的作用,其破坏主要有以下三种形态
(2)确保塑性铰窅先在梁端出现,而不是先在柱端出现
(1)梁柱节点区出现交义斜向贯通裂缝。如图1(a)所示,这
(3)尽量避免梁柱节点受到剪力或压力所导致的脆性破环
种破坏主要是由于社轴向压力和梁两端反弯矩所引起的。山于「首先应通过计算和构造要求节点区有足够的节点箍筋,以约束
梁端反弯矩使得节点区出现较大的剪力,再加上柱轴向压力的
混凝土提高其变形能力和强度,并防止端纵筋受压或受到反
作用,导致节点区混凝土处于剪、压复合应力状态。当其主拉应
复荷载而疲劳破坏。同时,还应保证节点区混凝土应具各足够的
力超过混凝土抗拉强度时,会出通斜裂缝。同时,市地强度等级和密性
所具有的正负反复作用的特点,代得学点区作往呈规交义斜」(4控制柱纵向受拉钢筋的最大配筋率和受压筋的最小配筋
裂缝状态,见图1b)所示。
率,以防止柱端因超筋或少筋而发生脆性破坏。
(5)采取相应的构造措施,以防止梁、柱因纵筋的锚固或搭接
不良而受到破坏。
2工程实例及梁柱节点区设计要点
2.1工程实例概况
某高层住宅建筑共15层,总高度为53m,总建筑面积为
12000m2,为框架-剪力墙结构。建筑位于Ⅵ度设防区,业类场地
图1节点区破坏形态
上:上,架结构抗震等級为三级。首层顶的梁柱中节点,横向左
2柱端混凝上被瓜酥、剥落、钢筋外鼓。这种破坏主要是由側梁截面尺す为30mom,右侧梁截面尺寸为3omx
于柱畅向压カ、弯矩和剪力共同作用所引起的。如果压力较大「60om,级向梁截面尺寸为30mmx70omr,柱截面す为
时,则会出现图2(a)中的破坏形态;如果柱端弯矩较大时,则可600 nmx600mm(见图3所示)。节点区左侧梁端弯矩设计值Ma
能出现图2(b)中的破坏形态
为430kNm,右侧梁端弯矩设计值M2为245kNm,上柱底部考
3)梁端钢筋被拉脱而破坏,这种破环主要是由于梁端钢筋」虑地质作用的轴向压力设计值N为3570kN-m,节点上下层柱穹
错固不足所引起的,在破环时,节点区混凝土和柱钢筋会一起被」点之间約离H为45m,a为65mn。梁、柱的混麦上等级均为
拉掉
C30,箍筋为HPB300
综合而言,以上三种破坏形态均属于胞性破坏,一旦发生对「2.2梁柱节点区剪力设计值计算
2014年5月
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应与柱端箝筋加密区的构造要求相同,并不应小于柱端配筋
该高层建筑为三级框架节点区,可不进行抗剪承载力计算
要求工程中梁柱节点区配箍筋的特征值不宜小于0.08,且体积
配筋率不宜小于0.4%。
2.5梁、柱端钢筋锚固及钢觞搭接要求
(a)由图
削南图
在反复荷载作用下,筋和混凝土的粘结强度将出现退化,
图3梁柱节点区平面和剖面示意图
在我国设计规范中,要求抗震等级为
级时,应根梁、柱的纵筋错固破坏即是常见的旋性破坏之一。因筋错固或
剪力设计值验算框架梁桂节点区的抗剪承载力,并计算所需的/钢筋搭接不当,将极人降低梁、柱截面后期受弯承載力和节点刚
钸筋数量。四级抗震等级的节点区可不验算节点区抗剪承我力,度,并容易使混凝土更易破碎,因此必须做好这方面的构造设
但需要按照构造设置箍筋。在该工程中,框架结构抗震等级为三
根据该工程的实际特点,要求框架梁和框架注的纵向受力钢
级,因此満首先进行节点区剪力设计值的计算,可根据下列方程/在钻固和將接时,应符合下列要求:
式确定
(1)框架中间层的中间节点处,框架梁的上部纵向钢筋应贯
レ、2y
穿中间节点。框架中间层的端节点处,当框架梁上部纵向钢筋采
(1)用直线错固方向错入端节点时,要求其错固长度应不低于纵向
式中:V为梁柱节点区的剪力没计值:ha为梁截血的有数高芝拉钢筋的抗農错固长度。
度,节点两側梁高不等时也可取用平均值;a、'为梁受压钢筋合力
(2)框架顶层端节点处,柱外侧的纵向钠筋可沿着节点外部
点至受压边缘的距离:H为的计算高度,也可采用节点上、下/和楽上边与梁上部纵向钢筋搭接连接。要求搭核的长度不应
柱反弯点之间的距离代替:h。为梁的伐高度,节点两側梁高不「于15倍织向受拉钢筋的抗焾错固长度,且伸入梁内的杜外侧织
等时刻采川平均值:M为节点区左、石梁端道时针或顺时针方「向钢筋截而面积,不宜少于杜外側全部纵向钢筋截面而积的
向截面纠合的穹矩设计值之和。
65%
根据该建筑结构具体数值,可计算得出:
(3)要求柱纵向钢筋不应在中间各层节点处内截断。
800+600
3结束语
=700mm
本文结合某高层住宅建筑梁柱节点区结构设计实例,就其设
ha-a、=700-65=635
计过程中的相关要点和参数计算进行了分析与探讨。由于梁柱
Ha-a,'=-635-65=570mm
节点区需要承受米自于柱端、梁段传递米的剪力、弯矩和轴力,
∑M=430+245=675kNm
受力状况相对复杂,为此在梁柱节点区结构设计时,应当采取强
1.2x675×10
570
节点、强锚固的设计措施,以保证节点区的延性和整个建筑结构
570
00700)-1208N
的安全
2.3梁柱节点区截面受剪验算
在结构设计时,为了控制梁柱节点区的剪应力不会过高,而
参考文献
导致过早出现裂缝并引发混凝上碎裂的问题,在規范中同样对「1郭院成,等建筑结构体系概念和设DM郑州:黄河水利出版社,200
梁柱节点区的截面的大寸限制