高层建筑框架梁柱节点的强度验算和施工处理_工程管理

1、高层建筑框架梁柱节点的强度验算和施工处理高层建筑框架梁柱节点区混凝土如何浇注才能满意承载力要求，是长期困扰着设计和施工人员的一个问题，文中依据高规的定性规定，经定量验算而总结出一种节点区简易处理方法，望能得到同行的认可和接受，并在实际工程中加以运用。1规范条文有关单位详细协商解决(条文说明);抗震设计时，一、二级框架的节点核心区应按本规程附录C进行抗震验算;三、四级框架节点以及各抗震等级的顶层端节点核心区，可不进行抗震验算(第6.2.7条)。凡是梁柱节点之混凝土强度低于柱混凝土强度较多者，皆必需认真验算节点区的承载力，包括受剪、轴心受压、偏心受压等，并实行有效的构造措施(条文说明)。由此可以看

2、出，规程对梁柱节点区混凝土的设计及施工并未作出明确的规定，而在高层建筑混凝土结构的设计与施工中，这一问题是不行能回避的，因此寻求一种梁柱节点区混凝土合理设计和便利施工的方法正是本文的目标。2高层建筑混凝土结构设计和施工中的现实问题2.1为了满意柱轴压比的要求，同时又要掌握柱截面不过大，柱子采纳较高强度等级的混凝土是一种必定。而对于以受弯为主的楼层梁板，过高的混凝土强度等级却是不需要且不相宜的，前者指对其抗弯承载力的贡献不明显，后者则指对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应力等)不利。正因如此，高规第6.1.9条才有“现浇框架梁的混凝土强度等级不宜高于C40”的规定，但实际工程设计中楼盖合

3、适的混凝土强度等级应为C25C35.由此可见，高层建筑混凝土结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必定存在，而且随着建筑物高度的增大，两者的设计强度差距会越大，当然该区段主要存在于高层建筑的下部。2.2目前混凝土的浇筑施工几乎都是采纳商品混凝土泵送工艺，而且习惯于将竖向构件与水平构件分两批集中浇注(即节点区采纳楼盖混凝土强度等级浇注)。假如要求其中的梁柱节点单独浇注，则首先是其供应量及浇注时间不易掌握而会导致质量事故，其次是节点区与梁板之间的分隔的确存在难度，故施工单位至少不盼望大面积采纳此方法。3受剪、受压验算规律考虑到现场施工的操作程序，同时又要满意规范中对节点核心区承载力的要求，我们列

4、举数例对典型节点区的受剪、轴心受压、偏心受压进行计算(其过程附后)。通过验算可得出以下规律：3.1按高规附录C进行受剪抗震验算，即使柱梁混凝土强度等级相差20MPa，而节点区用楼盖混凝土强度等级浇注，其节点核心区截面的受剪承载力仍可以满意要求。3.2在偏心受压验算中，当梁板混凝土强度等级比柱低5MP a时，其受压强度可以满意要求;当两者的混凝土强度等级相差10MPa及以上时，其受压强度不满意要求。3.3当梁板比柱的混凝土强度等级低10MPa及以上而仍用梁混凝土浇注节点区，则对节点区必需实行措施。从偏心受压公式N0.9(fc A cor+fy As+2fy A sso)中的3项抗压数值来看，第1

5、项即节点区截面混凝土抗压强度是不行变更的;第3项即箍筋供应的抗压强度所占的比例最小，且一般设计不行能转变节点区的配箍规格;第2项即节点区竖向钢筋供应的抗压强度所占比例较大，且若采纳HRB400钢(fy=360N/mm2)来增加节点区的竖向配筋率则可显著提高其抗压强度。4施工措施考虑到梁柱节点区需要处理的都在高层建筑的下部，该区段的柱主筋配率一般接近或略大于1%，因此依据以上规律可将节点区的施工措施归纳如下：4.1当梁板与柱的混凝土强度等级仅相差5MPa时，节点区完全可以与楼盖一起浇注;4.2当梁板比柱的混凝土强度等级分别低于10MPa和15MPa时，节点区需增设竖向短筋，其数量分别为柱主筋配筋

6、量的50%和100%. 4.3当梁板比柱的混凝土强度等级低20MPa及以上时，再靠增设节点区竖向短筋来提高其抗压强度已不行行，其缘由一是无法布筋，二是短筋数量太大。此季节点区需采纳与柱同等级混凝土单独浇注，虽然有肯定的施工难度且需有较严密的施工组织措施，但所占的重量不很大，仍可以接受。 偏心受压计算公式中没有体现节点区各方向水平梁对其提高强度的影响，事实上该影响是存在且有效的，尤其中柱节点通常有两向梁对其约束产生的效果较为显著。正如抗剪验算中考虑“正交梁的约束影响系数”一样，同等条件下中柱的抗剪承载力是边、角柱的1.3倍左右。上述施工措施虽未将中柱、边柱、角柱加以区分，但事实上应有所不同。笔者

7、认为，上述施工措施可以针对边柱和角柱节点区而言，如系中柱节点区，则可将各条措施中梁柱混凝土强度等级的差异各提高5MPa.该结论的依据虽是定性而不是定量的，但从充分发掘中柱节点的抗压潜力，并考虑现场施工便利性的角度而言，它是可行且科学的。综上所述，节点区的施工措施可用表1简示。表1节点区施工措施表梁柱混凝土强度等级相差级别边柱、角柱节点中柱节点5MPa(一级)不需特别处理不需特别处理10MPa(二级)加插短筋(柱主筋数的50%)15MPa(三级)加插短筋(柱主筋数的100%)加插短筋(柱主筋数的50%)20MPa(四级)需用柱混凝土强度等级浇注加插短筋(柱主筋数的100%)25MPa(五级)需用

8、柱混凝土强度等级浇注注)柱主筋采纳、级钢筋，配筋率1%;加插短筋采纳级钢筋(fy=360N/mm2)。5混凝土强度等级的合理取值梁柱节点区的强度验算和施工处理同时也涉及到高层建筑混凝土结构中竖向构件和水平构件混凝土强度等级的合理取值问题，其合理与否必需符合以下原则：5.1整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不宜太多，一般为8层左右变1个等级，且与竖向构件截面的变化错层同步。5.2水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求，同时要与竖向构件相配搭，使施工处理简洁化，尽量避开或削减节点区单独浇注混凝土。依据上述原则，有关混凝土强度等级的确定，对于诸如楼层数分别为30层(H100m)、40层(H14

9、0m)和55层(H190m)的高层建筑混凝土结构来说，其竖向构件及水平构件二者间混凝土强度等级的搭配，下面的取值可能是较合理和科学的(括号内为楼层混凝土等级)：30层：C40(C30)C35(C30)C30(C25)C25(C25);40层：C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25);55层：C60(C35)C55(C35)C50(C35)C45(C35)C40(C30)C35(C30)C30(C25);或C60(C40)C60(C40)C50(C40)C50(C40)C40(C30)C40(C30)C30(C30)C30(C30)。分析以上高层建筑混凝土

10、强度等级的配搭，对于30层高层建筑，节点区需要加短筋的仅为1/4楼层;对于40层高层建筑，则为3/5楼层;对于55层高层建筑，第1方案节点区需单独浇注混凝土的为2/7，节点加短筋的为3/7，第2方案节点区需单独浇注混凝土的1/4，节点加短筋的为1/2(后一方案的优点在于混凝土强度等级种类最少，仅有4种且为完整等级)。至于节点区加短筋的做法，在柱顶梁底标高处预插短筋，其插入深度及突出梁面各300mm，位置首选复合箍筋的交叉点处，当交叉点少于短筋根数时则另加选取靠近柱主筋的内侧位置，布筋原则是匀称对称，如图1所示。图1节点区加插短筋的构造6经济分析在经济指标方面，节点区加插短筋所增加的用钢量对于一

11、个节点来说是微不足道的，假如摊销到整个工程则更是微乎其微。以8×8m柱网、柱截面bh=800×800，主筋配筋率为=1%为例，则中柱、边柱、角柱单位面积所需的用钢量以及摊销到整个工程的用钢量如表2所示(摊销用钢量中，以中柱占2/6，边柱占3/6，角柱占1/6计)。从表2可以看出，节点区加插筋所增加的用钢量占整个工程用钢量的比例小至几乎可忽视不计，因此以消耗工地上一些预备弃用的边材废料而换取节点区浇注混凝土的便利，无论从哪个角度衡量都是值得的。当然，节点区加插短筋所花费的费用要比节点区采纳柱混凝土强度等级单独浇注高一些，但正如前面所述，节点区混凝土单独浇注既存在很多困难，把握

12、不好还会导致混凝土质量事故，因此实行在节点区加插短筋的做法来保证节点区的承载力无疑是一种简易且科学的方法，设计方和施工方确定乐于采纳，即使是投资方，如能从大处着眼也应当是能够接受的。表2各柱位节点区用钢量计算结果单位面积用钢量 (kg/m2)整个工程摊销量(kg/m2)柱位置中柱边柱角柱30层0.2340.468 0.936 1.872 40层0.3740.936 1.872 3.744 50层0.267 0.468注)、分别指插筋为主筋数量50%和100%的状况。7计算实例7.1偏心抗压强度验算N=Nfc A(1)N0.9(fc Acor+fy As+2fy Asso)(2)7.2抗剪强度验

13、算Vj=jbM b (1- h bo - as )(3)H bo - as H c - h b Vj1 (1.1j ft bj hj+0.05j N bi )+fyvAsvj h bo- as(4)rRE bc s我们对某工程实例的梁柱节点强度采纳上述公式分别进行计算和比较，其结果列于表3.表3不同条件下梁柱节点偏心抗压强度和抗剪强度验算结果验算条件偏心抗压验算结果(kN)抗剪验算结果(kN)式(1)式(2)式(3)式(4)柱bh=1000×1000，主筋=1.0%(级);节点区箍筋12100，肢距200;梁bh=500×600，C25，下=0.6%，上=1.2%.1215

14、5(C30)14188(不加短筋)14195(C35)15808(加50%短筋)16235(C40)17428(加100%短筋)17935(C45)1287 3346柱bh=1000×1000，主筋=1.0%(级);节点区箍筋12100，肢距200;梁bh=500×600，C30，下=0.6%，上=1.2%.14195(C35)16188(不加短筋)16235(C40)17757(加50%短筋)17935(C45)19378(加100%短筋)19635(C50)1319 3624柱bh=800×800，主筋=1.0%(级);节点区箍筋10100，肢距200;梁bh=500×600，C25，下=0.6%，上=1.2%.7779(C30)8542(不加短筋)9034(C35)9453(加50