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【摘要】：梁柱节点区是高层建筑结构设计的重中之重，是保证结构安全可靠的关键部位，必须引起足够的重视，本文以下内容将对高层框架、框剪、框筒梁柱节点区结构设计进行研究和探讨，仅供参考。
【关键词】：高层建筑；梁柱节点区；结构设计; 强节点弱构件
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
1、前言
改革开放以来，随着经济的发展，我国的城市化进程不断加快，城市基础设施特别是城市高层建筑得到了很大的建设，高层建筑高度高、荷载大、影响结构安全因素多，在设计中必须综合考虑各种因素才能确保设计出来的高层建筑满足经济、适用、安全的要求，而梁柱节点区是高层建筑的重要组成部分，是联系整个结构体系的枢纽，承受着由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力，其受力状态复杂，故梁柱节点区必须具有足够的强度，这样才能抵抗相邻构件承受的各种荷载，以保证整个结构体系坚固和安全可靠，所以对其进行研究具有非常现实的意义。本文以下内容对高层建筑梁柱节点区结构设计进行研究和探讨。
2、节点核心区的应力状态及破坏机理
强柱弱梁、强节点弱构件是钢筋混凝土结构设计中应遵循的主要原则,地震对节点核心的作用力由梁端屈服弯矩所控制, 即以梁端钢筋屈服为条件。因为只有延性结构的塑性形变耗散地震能量, 来维持其抗震能力, 使梁形成侧移机构.对于梁柱节点来说, 宏观上节点外力是平衡的, 若要知道节点是如何破坏的, 就要分析节点的内部应力状态,如下图所示。节点在复杂应力共同作用下, 它的破坏主要是因为抗剪强度不足引起的，有时框架柱的边、角柱会出现节点抗剪箍筋特别大的情况，远大于柱端箍筋的计算值。C1 、C1′、C3 、C3′为钢筋的压力设计值, C2 、C2′、C4 、C4′为混凝土的压力设计值, Ags 、Agx 分别为节点一侧梁上部纵向钢筋和另一侧梁下部纵向钢筋的面积。由此看出, 节点承受柱、梁所传来的压力, 在其核心区形成一个斜压杆。当斜压杆达到其强度时, 节点就要破坏。节点核心区在混凝土开裂前处于弹性工作阶段, 剪力基本上都是由混凝土承担, 即作用于核心区的斜压力, 由跨越核心区的混凝土斜压杆来承担, 箍筋应力很小。当作用于节点核心的剪力达到核心区最大抗剪能力的60% ～70% 时, 核心区突然出现对角线贯通裂缝, 此时箍筋应力突然增大, 个别达到屈服点, 剪力由箍筋与混凝土共同承担。随着荷载继续与反复作用, 未屈服箍筋继续达到屈服, 致使节点破坏。
3、高层建筑梁柱节点区抗震性能影响因素分析
根据作者多年的实践经验，认为高层建筑梁柱节点区抗震性能影响因素主要包含如下几个方面：第一，节点型式。对于一榀平面结构，按节点所在位置，节点主要有四种基本型式：顶层边柱节点（┏型）、顶层中柱节点（┳型）、中间层边柱节点（┣型）和中间层中柱节点（╋型）。对于┏型节点，梁、柱的纵筋均需在框架节点核芯区内锚固，节点核芯区受力较复杂，易产生破坏。对于┳型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下，柱抗弯承载力弱于梁，柱端易产生塑性铰。对于┣型节点，柱抗弯承载力较大，“强柱弱梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角柱节点受力最为不利。对于╋型节点，强震作用下，框架节点两侧梁端可能均达到屈服，框架节点核芯区受到很大的剪力，容易发生核芯区剪切破坏。第二，材料强度。混凝土强度直接影响节点抗剪承载力，对于承受一定荷载的节点，混凝土强度越高，则梁、柱的截面尺寸越小，节点核芯区混凝土的承剪截面也相应减小，在一定配箍率下，对其抗震性能反而不利。第三，剪压比。为了防止节点核芯区出现斜拉破坏或斜压破坏，必须控制剪压比，即限制配箍率，避免节点核芯区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。第四，轴压比。试验研究表明，在一定范围内轴向压力可提高框架节点核芯区混凝土的抗剪承载力。由于柱轴向压力的作用，在节点核芯区混凝土开裂以前，柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强。当混凝土出现裂缝时，混凝土块体间产生咬合力。随着轴压比的增大，抗剪承载力相应增大，但当轴压比超过某一临界值时，节点受压区混凝土产生微裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力反而下降。
4、高层建筑梁柱节点区结构设计应注意的问题
根据作者多年的实践经验，认为高层建筑梁柱节点区结构设计应注意如下几个方面的问题：第一，斜向地震的双轴效应。当地震作用方向与建筑物主轴方向不一致时，可能使两个方向的梁都达到屈服，这时作用于节点对角斜面上的水平剪力约为其中一个方向的2倍，然而斜裂缝遇到的箍筋与一个方向受剪时遇到的箍筋数目仍然相同。如果这些水平箍筋与柱截面各边平行，则钢筋的斜向分力仅仅是单向受剪时可抵抗剪力的1/2。对于双向对称的结构，双向受剪所需要的剪力钢筋约为单向受剪所需剪力钢筋的2倍。第二，节点构造设计要点。节点的混凝土强度等级与柱相同或接近，这样就可以保证节点的强度和延性的要求。但是，由于施工的实际过程中，节点区混凝土与水平构件是同时浇注的，因此梁柱混凝土强度等级要求相差不宜大于5MPa。节点中必须配置足够的箍筋，节点的箍筋能起到约束混凝土的作用，提高混凝土的强度和变形能力，防止混凝土剪切破坏，增强节点延性。抗震设计时节点内配筋按计算和有关规定执行。第三，加强整体结构的概念设计。整体结构的概念设计是结构工程师在建筑方案阶段，运用人的判断和思维能力，从宏观上构思结构设计中的基本问题，有效选择结构体系，使其与建筑方案和结构功能相协调。第四，建立强节点弱构件的设计理念。强节点弱构件是指节点的承载理应高于连接构件，因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效。一个结构无论其构件的承载能力有多强，如果构件与构件的连接处（节点）发生破坏了，那么这些构件也就不能组成结构了，也即不能满足需要了。
5、结尾
以上内容首先对高层建筑梁柱节点区得应力状态和破坏机理进行了论述，随后对节点区的抗震性能影响因素进行了分析，最后对高层建筑梁柱节点去结构设计应注意的问题进行了研究和探讨，表达了自己的观点，提出了自己的见解。但是作者深知，作为一名设计人员，应在实践中不断总结和学习，只有这样才能为提高高层建筑梁柱節点区结构设计水平做出更大的贡献。
【参考文献】
[1] 《住宅建筑结构设计》尚芸等，机械工业出版社，2003年。
[2] 《房屋建筑及结构设计》姚文娟等，高等教育出版社，2009年。
[3] 《建筑结构设计问题及分析》朱炳寅等，中国建筑工业出版社，2009年。
【关键词】：高层建筑；梁柱节点区；结构设计; 强节点弱构件
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
1、前言
改革开放以来，随着经济的发展，我国的城市化进程不断加快，城市基础设施特别是城市高层建筑得到了很大的建设，高层建筑高度高、荷载大、影响结构安全因素多，在设计中必须综合考虑各种因素才能确保设计出来的高层建筑满足经济、适用、安全的要求，而梁柱节点区是高层建筑的重要组成部分，是联系整个结构体系的枢纽，承受着由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力，其受力状态复杂，故梁柱节点区必须具有足够的强度，这样才能抵抗相邻构件承受的各种荷载，以保证整个结构体系坚固和安全可靠，所以对其进行研究具有非常现实的意义。本文以下内容对高层建筑梁柱节点区结构设计进行研究和探讨。
2、节点核心区的应力状态及破坏机理
强柱弱梁、强节点弱构件是钢筋混凝土结构设计中应遵循的主要原则,地震对节点核心的作用力由梁端屈服弯矩所控制, 即以梁端钢筋屈服为条件。因为只有延性结构的塑性形变耗散地震能量, 来维持其抗震能力, 使梁形成侧移机构.对于梁柱节点来说, 宏观上节点外力是平衡的, 若要知道节点是如何破坏的, 就要分析节点的内部应力状态,如下图所示。节点在复杂应力共同作用下, 它的破坏主要是因为抗剪强度不足引起的，有时框架柱的边、角柱会出现节点抗剪箍筋特别大的情况，远大于柱端箍筋的计算值。C1 、C1′、C3 、C3′为钢筋的压力设计值, C2 、C2′、C4 、C4′为混凝土的压力设计值, Ags 、Agx 分别为节点一侧梁上部纵向钢筋和另一侧梁下部纵向钢筋的面积。由此看出, 节点承受柱、梁所传来的压力, 在其核心区形成一个斜压杆。当斜压杆达到其强度时, 节点就要破坏。节点核心区在混凝土开裂前处于弹性工作阶段, 剪力基本上都是由混凝土承担, 即作用于核心区的斜压力, 由跨越核心区的混凝土斜压杆来承担, 箍筋应力很小。当作用于节点核心的剪力达到核心区最大抗剪能力的60% ～70% 时, 核心区突然出现对角线贯通裂缝, 此时箍筋应力突然增大, 个别达到屈服点, 剪力由箍筋与混凝土共同承担。随着荷载继续与反复作用, 未屈服箍筋继续达到屈服, 致使节点破坏。
3、高层建筑梁柱节点区抗震性能影响因素分析
根据作者多年的实践经验，认为高层建筑梁柱节点区抗震性能影响因素主要包含如下几个方面：第一，节点型式。对于一榀平面结构，按节点所在位置，节点主要有四种基本型式：顶层边柱节点（┏型）、顶层中柱节点（┳型）、中间层边柱节点（┣型）和中间层中柱节点（╋型）。对于┏型节点，梁、柱的纵筋均需在框架节点核芯区内锚固，节点核芯区受力较复杂，易产生破坏。对于┳型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下，柱抗弯承载力弱于梁，柱端易产生塑性铰。对于┣型节点，柱抗弯承载力较大，“强柱弱梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角柱节点受力最为不利。对于╋型节点，强震作用下，框架节点两侧梁端可能均达到屈服，框架节点核芯区受到很大的剪力，容易发生核芯区剪切破坏。第二，材料强度。混凝土强度直接影响节点抗剪承载力，对于承受一定荷载的节点，混凝土强度越高，则梁、柱的截面尺寸越小，节点核芯区混凝土的承剪截面也相应减小，在一定配箍率下，对其抗震性能反而不利。第三，剪压比。为了防止节点核芯区出现斜拉破坏或斜压破坏，必须控制剪压比，即限制配箍率，避免节点核芯区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。第四，轴压比。试验研究表明，在一定范围内轴向压力可提高框架节点核芯区混凝土的抗剪承载力。由于柱轴向压力的作用，在节点核芯区混凝土开裂以前，柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强。当混凝土出现裂缝时，混凝土块体间产生咬合力。随着轴压比的增大，抗剪承载力相应增大，但当轴压比超过某一临界值时，节点受压区混凝土产生微裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力反而下降。
4、高层建筑梁柱节点区结构设计应注意的问题
根据作者多年的实践经验，认为高层建筑梁柱节点区结构设计应注意如下几个方面的问题：第一，斜向地震的双轴效应。当地震作用方向与建筑物主轴方向不一致时，可能使两个方向的梁都达到屈服，这时作用于节点对角斜面上的水平剪力约为其中一个方向的2倍，然而斜裂缝遇到的箍筋与一个方向受剪时遇到的箍筋数目仍然相同。如果这些水平箍筋与柱截面各边平行，则钢筋的斜向分力仅仅是单向受剪时可抵抗剪力的1/2。对于双向对称的结构，双向受剪所需要的剪力钢筋约为单向受剪所需剪力钢筋的2倍。第二，节点构造设计要点。节点的混凝土强度等级与柱相同或接近，这样就可以保证节点的强度和延性的要求。但是，由于施工的实际过程中，节点区混凝土与水平构件是同时浇注的，因此梁柱混凝土强度等级要求相差不宜大于5MPa。节点中必须配置足够的箍筋，节点的箍筋能起到约束混凝土的作用，提高混凝土的强度和变形能力，防止混凝土剪切破坏，增强节点延性。抗震设计时节点内配筋按计算和有关规定执行。第三，加强整体结构的概念设计。整体结构的概念设计是结构工程师在建筑方案阶段，运用人的判断和思维能力，从宏观上构思结构设计中的基本问题，有效选择结构体系，使其与建筑方案和结构功能相协调。第四，建立强节点弱构件的设计理念。强节点弱构件是指节点的承载理应高于连接构件，因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效。一个结构无论其构件的承载能力有多强，如果构件与构件的连接处（节点）发生破坏了，那么这些构件也就不能组成结构了，也即不能满足需要了。
5、结尾
以上内容首先对高层建筑梁柱节点区得应力状态和破坏机理进行了论述，随后对节点区的抗震性能影响因素进行了分析，最后对高层建筑梁柱节点去结构设计应注意的问题进行了研究和探讨，表达了自己的观点，提出了自己的见解。但是作者深知，作为一名设计人员，应在实践中不断总结和学习，只有这样才能为提高高层建筑梁柱節点区结构设计水平做出更大的贡献。
【参考文献】
[1] 《住宅建筑结构设计》尚芸等，机械工业出版社，2003年。
[2] 《房屋建筑及结构设计》姚文娟等，高等教育出版社，2009年。
[3] 《建筑结构设计问题及分析》朱炳寅等，中国建筑工业出版社，2009年。