混凝土结构偏梁框架节点构造研究_潘立.pdf
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1、第 45 卷 第 22 期 2015 年 11 月下 建筑结构 Building Structure Vol 45 No 22 Nov 2015 混凝土结构偏梁框架节点构造研究 潘立 ( 中国建筑科学研究院建筑结构研究所,北京 100013) 摘要 混凝土框架、 框剪和框筒结构设计中, 为满足填充墙及其相邻梁柱同侧外观平齐的要求, 较多相连梁柱的 一侧位于同平面, 由此形成的偏梁框架节点除施工不便外, 还可能使其核心区性能劣化。对此构造进行了深入分 析与研究, 考虑梁柱截面偏心距, 在尽量满足建筑外观需要的基础上, 给出了常用的相应框架梁最小宽度表, 建议 避免相连混凝土梁柱一侧同平面形成的偏
2、梁框架节点, 优先选用边梁与边柱截面偏心较小、 外墙与边柱外侧同平 面构造, 及楼面梁与中柱截面偏心较小、 隔墙与中柱一侧同平面构造, 并控制梁顶墙体重心位于梁宽范围内。 关键词 混凝土梁柱;填充墙;偏梁框架节点;梁端水平加腋;节点核心区 中图分类号: TU470. 1文献标识码: A 文章编号: 1002- 848X( 2015) 22- 0060- 05 esearch on construction of eccentric beam- column joints in reinforced concrete structures Pan Li ( Institute of Buildi
3、ng Structures,China Academy of Building esearch,Beijing 100013,China) Abstract: In structural designs of reinforced concrete frame,frame- shear wall and frame- core wall structures,in order to meet the requirement that infilled wall and connected beam- column joint should be designed with a same sid
4、e plane,many beam- column joints are designed with a same side plane This construction is easy to form the large eccentric frame joint which makes construction difficult and the deterioration of performance for core region of joint This construction was analyzed and researched in- depth,and the tabl
5、e of the corresponding minimum width for common frame beams was given to meet the building exterior needs as far as possible,considering beam- column section eccentricity It is recommended to avoid the eccentric beam- column joints due to beam- column joints designed with a same side plane The plane
6、 construction of beam- column joints is preferred including that side beam and column has small section eccentricity and faade infilled wall is designed with a same side plane as end column The construction is also preferred where floor beam and middle column has small eccentricity with infilled wal
7、l designed with a same side plane as middle column and barycenter of the wall on the beam is controlled in the range of beam width Keywords: reinforced concrete beam and column;infilled wall;eccentric beam- column joint;horizontal haunch at beam ends;core region of joint 作者简介: 潘立, 硕士, 教授级高级工程师, 一级注册
8、结构工程师, Email:panlicabr163 com。 0引言 在多、 高层混凝土框架、 框剪和框筒结构中, 为 满足填充墙与相邻梁柱同侧外观平齐的建筑要求, 近年来结构设计多采用“相连梁柱一侧位于同平 面” 的节点构造, 即框架边梁外侧与相连边柱和角 柱外皮位于同平面, 楼面梁一侧与相连中柱或边柱 同侧位于同平面, 形成了较多偏梁框架节点。相连 梁柱的截面中心线间距( 或偏心距) 大于 0 且不大 于 1/4 同向柱宽时为小偏心框架节点, 见图 1( a) , ( b) , 相连梁柱的截面中心线间距( 或偏心距) 大于 1/4 同向柱宽时为大偏心框架节点, 见图 1( c) , ( d
9、) 。该构造使梁顶面填充墙一侧无柱身外凸, 可 满足相连墙柱一侧齐平的外观要求, 使结构模板、 外 墙保温层、 建筑幕墙与干挂石材的施工更方便, 因此 颇受建筑设计师的青睐。 在水平设计荷载作用下, 相对于梁柱截面中心 线重合的框架节点( 梁柱截面对中节点) , 偏梁框架 图 1相连梁柱一侧同平面的偏梁框架节点 第 45 卷 第 22 期潘立 混凝土结构偏梁框架节点构造研究 节点承受的扭矩有所增大。 对于相连梁柱一侧同平面的偏梁框架节点, 梁 内该侧纵筋锚入或横穿节点时必须向内侧弯曲或偏 移以避让柱内同侧纵筋, 其过程可能导致施工不便, 易使梁端部分纵筋的位置或间距偏差大于混凝土 结构施工质量
10、验收规范 ( GB 502042002) ( 2011 年版) 1 ( 简称验收规范) 限值要求。许多情况下, 该构造使梁端局部混凝土保护层厚度过大, 为避免 这些部位开裂不得不增配构造钢筋。 对于大偏心梁柱节点, 实际工程中较多外周梁 端未按高层建筑混凝土结构技术规程 ( JGJ 3 2010) 2 ( 简称高规) 第 6. 1. 6 条要求增设水平加腋 ( 图 1( c) , ( d) ) , 结构建模分析时未考虑梁端水平 加腋构造, 或所用软件无相应功能; 且目前这些节点 核心区缺少系统、 严谨的试验研究和有限元分析成 果, 核心区有效范围和应力变化规律及其与梁端水 平加腋的关系尚不明晰
11、。因此外周梁端无水平加腋 的大偏心节点核心区的抗剪性能, 按高规 、 建筑抗 震设计规范 ( GB 500112010) 3 ( 简称抗规) 、 混凝土结构设计规范 ( GB 500102010) 4 ( 简 称混凝土规范) 进行验算存在较大的不确定性。 尽管相关构造手册5 、 标准图集 6 和高规允许 相连梁柱一侧位于同平面, 相应节点构造现已近乎 为习惯做法, 但并非为结构性能所需, 也非可满足相 连墙柱或梁柱一侧同平面建筑要求的唯一方法, 本 文对此构造进行了技术分析, 提出了相应建议, 希望 有助于改进结构设计方法。 图 2混凝土单向与双向偏梁框架节点 1偏梁框架节点 正交主梁与矩形柱
12、相连时, 框架梁与相连柱的 一侧或两侧位于同平面, 相应形成单向或双向偏梁 框架节点, 分别见图 2( a) ( c) 和图 2( d) ( f) , 一 个或两个方向框架梁与相连柱的截面中心线间距大 于 1/4 同向柱宽时, 对应节点分别为单向或双向大 偏心框架节点, 同一结构单元中这些情况可能单独 出现或以不同组合同时存在。 偏梁框架节点中, 如相连梁柱一侧同平面, 则梁 柱截面中心线间距或两者偏心程度相对最大。高层 混凝土结构下部框架柱的截面通常较大, 但梁宽无 需仅为满足小于 1/4 同向柱宽而增大, 相连梁柱一 侧同平面构造极易形成性能欠佳的大偏心框架 节点。 图 3 为一侧同平面的
13、边梁与边柱节点部位实际 配筋, 可见梁一侧纵筋偏移后从同侧柱纵筋内侧穿 过, 导致了梁端该侧纵筋明显偏离原设计位置。对 于角柱与中柱部位的相连梁柱一侧同平面框架节 点, 梁纵筋避让柱纵筋的情况基本同图 3。 图 3一侧同平面的边梁与边柱节点部位实际配筋 相连梁柱截面同宽( 相连梁柱两侧同平面) 时, 也存在梁纵筋避让柱纵筋施工不便、 梁端部分纵筋 安装位置偏差可能超限的问题, 但不会形成偏梁框 架节点。 2技术分析 高规第 6. 1. 7 条要求 : “框架梁、 柱中心线宜重 合 ” , “梁、 柱中心线之间的偏心距, 9 度抗震设计时 不应大于柱截面在该方向宽度的 1/4; 非抗震设计 和
14、6 8 度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽 度的 1/4” 。由此可得出: 0 5bc 0 5bb 0 25bc( 1) 式中: bc为柱截面宽度; bb为与柱相连的框架梁截面 宽度, bc bb; 为框架梁截面两侧与相连柱同侧外 皮之间距离的较小值( 图4) , 0 05( bc bb)。 16 建筑结构2015 年 图 4相连梁、 柱、 墙构造剖面 由式( 1) 可得: bb 0 5bc 2( 2) 如相连梁柱的一侧位于同平面, 则 = 0, 此时 bb 0 5bc才能满足高规要求。 目前工程中常见一侧同平面相连梁柱的 bb 0 5bc, 此时如设计无需增大 bb,应尽量使 不 小于 3
15、0mm 和柱筋直径的较大值, 以减小水平设计 荷载作用下的梁柱节点扭矩, 减少梁端钢筋施工不 便, 并满足式( 2) , 以避免梁端水平加腋等附加 措施。 高规第6. 1. 7 条要求 : “当梁柱中心线不能重合 时, 在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和 构造的不利影响, 以及梁荷载对柱子的偏心影响。 ” 抗规第 6. 1. 5 条也有相同要求。因此对于一侧同平 面的相连梁柱, 当 bb 0 5bc时, 应按高规和抗规要 求在节点外周偏置梁端增设水平加腋, 并在整体结 构计算分析模型中如实反映相连梁柱截面的偏心 情况。 一侧同平面的相连梁柱施工时, 为使梁端一侧 纵筋侧弯或偏移绕穿柱纵筋
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