高層建筑框架梁柱節(jié)點的強度驗算和施工處理

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[摘要]高層建筑框架梁柱節(jié)點區(qū)混凝土如何澆注才能滿足承載力要求，是長期困擾著設計和施工人員的一個問題，文中根據(jù)《高規(guī)》的定性規(guī)定，經(jīng)定量驗算而總結出一種節(jié)點區(qū)簡易處理方法，望能得到同行的認可和接受，并在實際工程中加以運用。

1規(guī)范條文摘錄在《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002）中，有關框架梁柱節(jié)點區(qū)混凝土的設計和澆注有以下的條文內(nèi)容及條文說明：

——當柱混凝土設計強度高于梁、樓板的設計強度時，應對梁柱節(jié)點混凝土施工采取有效措施（第13.5.7條）；   ——高層建筑不同強度的梁、柱節(jié)點混凝土澆筑需要有關單位具體協(xié)商解決（條文說明）；   ——抗震設計時，一、二級框架的節(jié)點核心區(qū)應按本規(guī)程附錄C進行抗震驗算；三、四級框架節(jié)點以及各抗震等級的頂層端節(jié)點核心區(qū)，可不進行抗震驗算（第6.2.7條）。   ——凡是梁柱節(jié)點之混凝土強度低于柱混凝土強度較多者，皆必須仔細驗算節(jié)點區(qū)的承載力，包括受剪、軸心受壓、偏心受壓等，并采取有效的構造措施（條文說明）。   由此可以看出，規(guī)程對梁柱節(jié)點區(qū)混凝土的設計及施工并未作出明確的規(guī)定，而在高層建筑混凝土結構的設計與施工中，這一問題是不可能回避的，因此尋求一種梁柱節(jié)點區(qū)混凝土合理設計和便利施工的方法正是本文的目標。2高層建筑混凝土結構設計和施工中的現(xiàn)實問題2.1為了滿足柱軸壓比的要求，同時又要控制柱截面不過大，柱子采用較高強度等級的混凝土是一種必然。而對于以受彎為主的樓層梁板，過高的混凝土強度等級卻是不需要且不適宜的，前者指對其抗彎承載力的貢獻不明顯，后者則指對構件承受非荷載應力（混凝土收縮應力、溫度應力等）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度等級不宜高于C40”的規(guī)定，但實際工程設計中樓蓋合適的混凝土強度等級應為C25～C35。由此可見，高層建筑混凝土結構的柱混凝土設計強度高于梁板的設計強度必然存在，而且隨著建筑物高度的增大，兩者的設計強度差距會越大，當然該區(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，而且習慣于將豎向構件與水平構件分兩批集中澆注（即節(jié)點區(qū)采用樓蓋混凝土強度等級澆注）。如果要求其中的梁柱節(jié)點單獨澆注，則首先是其供應量及澆注時間不易控制而會導致質(zhì)量事故，其次是節(jié)點區(qū)與梁板之間的分隔確實存在難度，故施工單位至少不希望大面積采用此方法。3受剪、受壓驗算規(guī)律考慮到現(xiàn)場施工的操作程序，同時又要滿足規(guī)范中對節(jié)點核心區(qū)承載力的要求，我們列舉數(shù)例對典型節(jié)點區(qū)的受剪、軸心受壓、偏心受壓進行計算（其過程附后）。通過驗算可得出以下規(guī)律：   3.1按《高規(guī)》附錄C進行受剪抗震驗算，即使柱梁混凝土強度等級相差20MPa，而節(jié)點區(qū)用樓蓋混凝土強度等級澆注，其節(jié)點核心區(qū)截面的受剪承載力仍可以滿足要求。   3.2在偏心受壓驗算中，當梁板混凝土強度等級比柱低5MPa時，其受壓強度可以滿足要求；當兩者的混凝土強度等級相差10MPa及以上時，其受壓強度不滿足要求。   3.3當梁板比柱的混凝土強度等級低10MPa及以上而仍用梁混凝土澆注節(jié)點區(qū)，則對節(jié)點區(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項抗壓數(shù)值來看，第1項即節(jié)點區(qū)截面混凝土抗壓強度是不可變更的；第3項即箍筋提供的抗壓強度所占的比例最小，且一般設計不可能改變節(jié)點區(qū)的配箍規(guī)格；第2項即節(jié)點區(qū)豎向鋼筋提供的抗壓強度所占比例較大，且若采用HRB400鋼（fy=360N/mm2）來增加節(jié)點區(qū)的豎向配筋率則可顯著提高其抗壓強度。4施工措施考慮到梁柱節(jié)點區(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)點區(qū)的施工措施歸納如下：