高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度驗(yàn)算和施工處理

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[摘要]高層建筑框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土如何澆注才能滿足承載力要求，是長(zhǎng)期困擾著設(shè)計(jì)和施工人員的一個(gè)問題，文中根據(jù)《高規(guī)》的定性規(guī)定，經(jīng)定量驗(yàn)算而總結(jié)出一種節(jié)點(diǎn)區(qū)簡(jiǎn)易處理方法，望能得到同行的認(rèn)可和接受，并在實(shí)際工程中加以運(yùn)用。

1規(guī)范條文摘錄在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）中，有關(guān)框架梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的設(shè)計(jì)和澆注有以下的條文內(nèi)容及條文說(shuō)明：

——當(dāng)柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于梁、樓板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土施工采取有效措施（第13.5.7條）；   ——高層建筑不同強(qiáng)度的梁、柱節(jié)點(diǎn)混凝土澆筑需要有關(guān)單位具體協(xié)商解決（條文說(shuō)明）；   ——抗震設(shè)計(jì)時(shí)，一、二級(jí)框架的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)按本規(guī)程附錄C進(jìn)行抗震驗(yàn)算；三、四級(jí)框架節(jié)點(diǎn)以及各抗震等級(jí)的頂層端節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算（第6.2.7條）。   ——凡是梁柱節(jié)點(diǎn)之混凝土強(qiáng)度低于柱混凝土強(qiáng)度較多者，皆必須仔細(xì)驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力，包括受剪、軸心受壓、偏心受壓等，并采取有效的構(gòu)造措施（條文說(shuō)明）。   由此可以看出，規(guī)程對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的設(shè)計(jì)及施工并未作出明確的規(guī)定，而在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工中，這一問題是不可能回避的，因此尋求一種梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土合理設(shè)計(jì)和便利施工的方法正是本文的目標(biāo)。2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的現(xiàn)實(shí)問題2.1為了滿足柱軸壓比的要求，同時(shí)又要控制柱截面不過(guò)大，柱子采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土是一種必然。而對(duì)于以受彎為主的樓層梁板，過(guò)高的混凝土強(qiáng)度等級(jí)卻是不需要且不適宜的，前者指對(duì)其抗彎承載力的貢獻(xiàn)不明顯，后者則指對(duì)構(gòu)件承受非荷載應(yīng)力（混凝土收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力等）不利。正因如此，《高規(guī)》第6.1.9條才有“現(xiàn)澆框架梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜高于C40”的規(guī)定，但實(shí)際工程設(shè)計(jì)中樓蓋合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為C25～C35。由此可見，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于梁板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度必然存在，而且隨著建筑物高度的增大，兩者的設(shè)計(jì)強(qiáng)度差距會(huì)越大，當(dāng)然該區(qū)段主要存在于高層建筑的下部。   2.2目前混凝土的澆筑施工幾乎都是采用商品混凝土泵送工藝，而且習(xí)慣于將豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件分兩批集中澆注（即節(jié)點(diǎn)區(qū)采用樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)澆注）。如果要求其中的梁柱節(jié)點(diǎn)單獨(dú)澆注，則首先是其供應(yīng)量及澆注時(shí)間不易控制而會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量事故，其次是節(jié)點(diǎn)區(qū)與梁板之間的分隔確實(shí)存在難度，故施工單位至少不希望大面積采用此方法。3受剪、受壓驗(yàn)算規(guī)律考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的操作程序，同時(shí)又要滿足規(guī)范中對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)承載力的要求，我們列舉數(shù)例對(duì)典型節(jié)點(diǎn)區(qū)的受剪、軸心受壓、偏心受壓進(jìn)行計(jì)算（其過(guò)程附后）。通過(guò)驗(yàn)算可得出以下規(guī)律：   3.1按《高規(guī)》附錄C進(jìn)行受剪抗震驗(yàn)算，即使柱梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差20MPa，而節(jié)點(diǎn)區(qū)用樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)澆注，其節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面的受剪承載力仍可以滿足要求。   3.2在偏心受壓驗(yàn)算中，當(dāng)梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)比柱低5MPa時(shí)，其受壓強(qiáng)度可以滿足要求；當(dāng)兩者的混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差10MPa及以上時(shí)，其受壓強(qiáng)度不滿足要求。   3.3當(dāng)梁板比柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)低10MPa及以上而仍用梁混凝土澆注節(jié)點(diǎn)區(qū)，則對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)必須采取措施。從偏心受壓公式N≤0.9（fcAcor＋f’yA’s＋2αfyAsso）中的3項(xiàng)抗壓數(shù)值來(lái)看，第1項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)截面混凝土抗壓強(qiáng)度是不可變更的；第3項(xiàng)即箍筋提供的抗壓強(qiáng)度所占的比例最小，且一般設(shè)計(jì)不可能改變節(jié)點(diǎn)區(qū)的配箍規(guī)格；第2項(xiàng)即節(jié)點(diǎn)區(qū)豎向鋼筋提供的抗壓強(qiáng)度所占比例較大，且若采用HRB400鋼（fy=360N/mm2）來(lái)增加節(jié)點(diǎn)區(qū)的豎向配筋率則可顯著提高其抗壓強(qiáng)度。4施工措施考慮到梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)需要處理的都在高層建筑的下部，該區(qū)段的柱主筋配率一般接近或略大于1%，因此根據(jù)以上規(guī)律可將節(jié)點(diǎn)區(qū)的施工措施歸納如下：