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第 卷 第“期建筑结构 年“月 钢筋混凝土框架顶层端节点的设计方法及构造措施 混凝土结构设计规范（ - 1 4 5 / 4 1 2 - 1 - ; ; 1 * 2 * , , , 2 . “ “ 4 5 E - 1 D * 2 * 2 . 4 1 - , 7 3 , A “ 1 ；；, * 2 6 . 4 5 - ,；3 - . * 4 1 7 3 4 2 - . * 钢筋混凝土框架顶层端节点因其受力状况的特殊 性， 需要给出专门的设计方法和构造措施。在上一版 混凝土结构设计规范（ F “ G H） 于二十世纪G 年 代进行修订时， 修订组已经意识到需要对此作出规定， 但因 缺 乏 试 验 依 据， 只 好 暂 时 留 作 空 缺 （ 见 规 范 F “ G H第I J J 条的注） ［“］。针对这一需要， 在规 范第 四 批 科 研 课 题 中 列 入 了 相 应 的 研 究 计 划。从 “ H G K到“ H H 年， 由原重庆建筑工程学院白绍良和北 京有色冶金设计研究总院周起敬负责， 先后共完成了 “框架顶层边节点静力性能试验研究”（其中完成了考 虑负弯矩受拉钢筋不同搭接方案及其它参数影响的 G个近足尺梁柱组合体的单调加载试验） 和 “框架顶 层边节点抗震性能试验研究”（其中完成了考虑负弯矩 受拉钢筋不同搭接方案及其它参数影响的 个近足 尺梁柱组合体的低周交变加载试验） 两个试验研究项 目 ［］。其中选用的梁、 柱负弯矩受拉钢筋搭接方案是 在听取设计单位， 特别是北京市建筑设计研究院、 北京 钢铁设计研究总院和北京有色冶金设计研究总院有关 专家的意见后选定的。在试验研究成果通过专家鉴定 后，建筑物抗震构造详图（H H（一） ） ［］选用了其 中经过试验验证的梁、 柱负弯矩受拉钢筋搭接方案。 由周起敬主编的 混凝土结构构造手册 ［］也给出了各 种经过试验验证的可供选择的梁、 柱负弯矩受拉钢筋 搭接方案。更晚出版的 混凝土结构施工图平面整体 表示法制图规则和构造详图（ “ “） ［’］也给出了类 似的构造措施建议。 此次规范修订， 在总结已有试验研究成果和工程 设计经验的基础上提出了条文建议。经全国有关单位 和专家多次讨论、 审查， 最终形成了修订后新规范第 “ 章和第“ “章中的有关规定 ［K］。 一、 框架顶层端节点的受力特点 在非抗震情况下， 应根据竖向及水平荷载的相对 大小判断顶层端节点是只受组合负弯矩作用， 还是除 去组合负弯矩外， 还可能受组合正弯矩作用。在设防 烈度较低的抗震框架中， 顶层端节点出现组合正弯矩 的可能性相对较小； 当设防烈度较高时， 一般都需要考 虑框架在地震激励下左右晃动时， 顶层端节点交替受 较大的组合负弯矩和较小的组合正弯矩作用， 并分别 进入屈服后变形状态的可能性。如图“所示， 当顶层 端节点区无其它外弯矩和外力传入时， 不论节点受负 弯矩还是正弯矩作用， 梁端弯矩0C总等于柱端弯矩 03， 梁端剪力值1C总等于柱端轴力值23， 梁端轴力 值2C总等于柱端剪力值13。这表明， 经节点内折角 穿过节点的任意一个斜截面 （如图“中的截面，“） 中的弯矩总等于梁端 （截面） 弯矩和柱端 （截面） 弯 矩， 顶层端节点所在接头区可以视为一根H L折梁。因 此， 其配筋构造从分别抵抗组合负弯矩或组合正弯矩 的角度看应满足下列要求 （“） 在负弯矩作用下， 当梁、 柱尺寸选得恰好相互 匹配时， 梁上部受拉钢筋可以与柱外侧设在梁宽范围 内的受拉钢筋经节点边缘连续布置 （其它有关构造要 求见下文） ， 或者将梁、 柱负弯矩受拉钢筋在节点区及 其附近搭接， 以保证图“所示各斜截面都具有与梁、 柱 端截面相同的抗弯能力。因此， 在某些工程设计中偶 尔见到的将柱外侧纵筋伸到柱顶， 将梁上部纵筋按在 框架中间层端节点处带H L弯折的方式锚固在节点内 的做法 （图） 无疑是错误的， 因为梁、 柱负弯矩受拉钢 ’ 图顶层端节点处负弯矩 作用时的内力平衡状态 图“梁、 柱负弯矩受拉 钢筋的错误构造做法 筋在这里未形成足够的搭接长度， 无法传递相应拉力， 从而无法保证图中截面，“，，的抗负弯矩能 力。已有试验结果也证明， 采用这种构造方案的顶层 端节点在负弯矩作用下将过早地丧失抗弯能力， 不能 满足抗震和非抗震情况下对承载能力的基本要求。 （“） 在正弯矩作用下， 当梁宽与柱宽不等时， 通常 会在梁端下部形成竖向弯曲裂缝， 在柱端内侧形成水 平弯曲裂缝 （图（） ） 。这时， 只要梁下部受拉纵筋与 柱内侧受拉纵筋在节点内锚固良好， 就能在抗震及非 抗震情况下使图中过节点内角的任何一个斜截面与 梁端、 柱端截面一起具有足够的抗正弯矩能力。但是 当梁、 柱截面宽度相等时， 试验表明， 将出现如图（） 所示的从节点内折角向核心区内发展的斜裂缝。为了 使该斜裂缝不致过宽， 有必要在内折角处设置与该斜 裂缝正交的 ’ 附加斜筋， 其数量宜与梁下部纵筋数量 相近。 ’ 斜筋应分别以足够锚固长度伸入梁、 柱内。 不论梁、 柱负弯矩受拉钢筋在节点区是否设有搭 接接头， 抗震及非抗震顶层端节点的核心区在负弯矩 和正弯矩分别作用下通常都具有以下受力特点 （） 与其它部位节点类似， 根据图（） 和图’（） 所示梁、 柱截面在负弯矩和正弯矩下的受力状态， 顶层 端节点核心区的水平作用剪力原则上可按下式计算 “／ （ *’） （） 式中为梁端弯矩， *为梁截面有效高度，,为从 梁端受拉钢筋形心到混凝土受拉边缘的距离， 在抗震 框架顶层端节点的设计中， 则根据抗震等级分别按修 订后规范式 （ - . - “ / ） ，（ - . - “ / ） 和 （ - . - “ / ’） ［.］计 算节点剪力 。 （） 柱宽大于梁宽（） 柱、 梁截面等宽 图顶层端节点在正弯矩作用下形成的弯曲裂缝 （“） 在负弯矩作用下， 梁、 柱端截面的受力状态如 图（） 所示。其中梁、 柱端截面受拉钢筋拉力， 0 直接传入节点。当作用负弯矩较小， 节点上部 段梁 筋和外侧0 1段柱筋的粘结能力尚未退化之前， 上述拉 力中的一部分将通过这两段的粘结作用以核心区上边 缘和外边缘分布剪力的形式传入核心区 （图（） ） 。 所余另一部分钢筋拉力将通过节点外上角受拉钢筋弯 弧对其内侧混凝土施加的径向压力形成对核心区混凝 土的斜向压力 （图（0） ） 。梁下部混凝土及受压钢筋压 力在平衡掉柱端剪力0后， 所余部分将传入核心区； 同样， 柱截面内侧混凝土和受压钢筋压力在平衡掉梁 端剪力后， 所余部分也将传入节点核心区。其中， 梁、 柱受压钢筋传入节点的压力将通过图（） 中2 3段 和 4 5 段的粘结力以边缘分布剪力的形式传入核心区， 所形成的核心区剪应力场在核心区开裂之前则主要由 混凝土来承受。受压混凝土传入节点的压力将合成为 与节点外上角传来的斜向压力相对的核心区中的斜向 压力 （图（0） ） 。 图顶层端节点核心区在负弯矩作用下的传力机构图 但因顶层端节点区6 * 折梁的弯曲效应突出， 当作 用负弯矩较大时， 如试验结果所示， 将形成大致通过图 （） 中受拉钢筋弯弧端点0的弯曲斜裂缝7 8（图（1） ） 和通过弯弧另一个端点的节点顶面弯曲裂缝9 。 这些裂缝形成后， 图（） 中受拉钢筋， 0两点的应力 一般都将上升到与梁、 柱端， 1两点钢筋应力相近的 程度， 从而不再需要由梁筋 段和柱筋0 1段的粘结 作用向节点核心区传递边缘分布剪力， 这将使核心区 外上部剪应力场中的应力明显减小。与此同时， 由于 受拉钢筋弯弧两端点处的钢筋应力增大， 使通过弯弧 的径向压力传入核心区的斜压力也相应增大， 从而使 斜压杆机构成为顶层端节点核心区中抵抗作用剪力的 主导机构。在抗震顶层端节点中， 图（） 中2 3段和 4 5 段的粘结传力能力也会在正、 负弯矩交替作用过程中 .标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 图顶层端节点核心区在正弯矩作用下的传力机构图 相应退化， 使核心区内下部的剪应力场也相应退化， 并 使梁、 柱端受压区混凝土的压力和它们在核心区形成 的斜压力进一步增大， 这将使斜压杆机构作为主导抗 剪机构的特征更为突出。这是受负弯矩作用的顶层端 节点与其它部位节点不同的一个突出特点。 （“） 正弯矩对节点设计虽有影响， 但一般不起控制 作用， 正弯矩作用下梁、 柱截面的受力状态如图（） 所 示。由梁、 柱受压钢筋经图（） 中的 段和 段传 给核心区的边缘分布剪力和梁、 柱受拉钢筋拉力在平 衡掉柱端剪力和梁端剪力后经图（） 中的’ 段和 * 段传给核心区的边缘分布剪力将在核心区中 生成剪应力场。由于主拉应力沿从节点外上角到内折 角的斜向作用， 当其值较大时， 将在核心区混凝土中引 起如图（） 所示的多道 “外推裂缝”（亦可参见图， , ,） 。这批裂缝出现后， 加之抗震节点的正、 负弯矩交 替作用， 核心区四边的梁柱纵筋中的粘结传力能力将 逐步退化， 核心区中剪应力场也将相应退化。这时， 图（） 所示梁、 柱端截面受压区混凝土压力将分别与 柱内侧和梁下部纵筋锚固端的拉力合成为核心区中的 斜向压力， 从而形成以另一种 “斜压杆机构” 作为主导 机构传递节点剪力的格局。这一 “斜压杆” 与负弯矩下 的核心区 “斜压杆” 大致正交。 通过以上分析， 可以得出以下两点重要结论 （,） 不论是在负弯矩还是正弯矩作用下， 当弯矩作 用比较充分， 特别是正、 负弯矩多次交替作用后，“斜压 杆机构” 都将成为抵抗节点剪力的主导机构。由梁、 柱 纵筋经粘结传给核心区周边的分布剪力在核心区混凝 土开裂后形成的 “桁架机构”（即由混凝土承担剪应力 场中的主压应力， 由水平箍筋和竖向钢筋承担主拉应 力） 将比其它部位节点更弱。因此， 抗震及非抗震顶层 端节点都不需要按受剪承载力计算公式通过计算来确 定箍筋数量， 而只需按构造配置水平箍筋。箍筋的作 用一方面是限制核心区裂缝的开展， 另一方面为受斜 向压力作用的核心区混凝土提供一定约束； 同时， 也可 以对有可能设在节点区范围内的负弯矩受拉钢筋搭接 接头提供一定的约束。 （-） 已完成的试验结果表明， 核心区的失效主要是 由负弯矩作用下的斜压杆机构引起。即使有相对较大 的正弯矩作用， 也未见发生由正弯矩引起的核心区损 伤或失效。试验判明， 可能发生的由负弯矩作用下的 斜压杆机构引起的失效方式主要有以下两种 一种是 当梁、 柱负弯矩受拉钢筋配筋特征值过高时， 核心区斜 压混凝土所受压应力过大， 从而导致如图所示的核 心区混凝土斜向压溃 （- .个静力组合体试验中有/个 受拉钢筋配筋特征值过高的试件均发生了核心区混凝 土的斜压失效； - 0个抗震性能试验因组合体配筋特征 图负弯矩作用下静力组合 体核心区混凝土斜向压溃 （试件1 2 3 4 , “） ［-］ 值均未超限， 故均未发生核心 区混凝土斜向压溃） ； 另一种 是当负弯矩受拉钢筋配筋特 征值偏高， 同时其弯弧半径又 过小时， 弯弧的径向压力将使 其内侧混凝土发生局部受压 破坏， 局 部 压 碎 区 混 凝 土 的 “尖劈效应” 还可能使核心区 混凝土发生斜向劈裂 （- .个 静力组合体试验中有两个以 这种方式失效 （图/） ） 。在顶层端节点设计中必须采 取有效措施防止发生这两种失效。 图/负弯矩作用下静力组合体弯弧下混凝土局部受压破坏及 随之发生的核心区混凝土斜向劈裂 （试件1 2 3 4 ,） ［-］ 二、 抗震框架顶层端节点的设计规定 , 5防止核心区混凝土发生斜向压溃的抗剪截面 控制条件 由于在负弯矩作用下的顶层端节点中抵抗剪力的 主导机构是斜压杆机构， 因此防止核心区混凝土的斜 向压溃就成为抗震顶层端节点设计中首先要满足的条 件。修订后的规范规定， 为了方便设计， 对一、 二级抗 震等级的顶层端节点， 采用与其它各部位节点相同的 防止发生核心区混凝土斜向压溃的节点抗剪截面控制 条件， 即修订后规范的公式 （, , 5 5 “） ［］为 6 , 7 8 （0“ “ “666） （-） 式中 7 8为承载力抗震调节系数； “6为正交梁对节点 的约束影响系数， 对顶层端节点始终取“ 69, 5 0；为 / 混凝土强度的影响系数； ，“分别为节点核心区水平 截面有效验算宽度和核心区水平截面高度， 按修订后 规范第“ “ 条 ［］的规定取用。 对三、 四级抗震等级的顶层端节点则应按非抗震 情况下的防止核心区混凝土斜向压溃的控制条件， 即 按后面式 （） 进行验算。 对于一、 二级抗震等级使用的控 制条件式 （） 与三、 四级抗震等级以及非抗震情况使用 的控制条件式 （） 之间的关系， 在后面进一步讨论。 防止核心区混凝土在负弯矩受拉钢筋弯弧内 侧局部受压破坏的措施 修订后规范采用限制该弯弧最小内半径的方法来 防止弯弧下混凝土的局部受压破坏， 具体规定是根据 试验结果并参考工程经验做出的， 详见修订后规范第 “ “ ’条第款第段的有关规定 ［］。这项规定也是 需要严格遵守的。 负弯矩受拉钢筋的构造措施 若如前面所述， 梁、 柱截面尺寸恰好匹配， 则完全 可将梁宽范围内的柱外侧负弯矩受拉钢筋伸至柱顶， 再水平弯入梁上部， 直接作为梁的负弯矩受拉钢筋使 用。梁宽以外的柱负弯矩受拉钢筋则宜沿柱顶水平伸 到柱内边后截断， 如图所示。若该钢筋水平段弯入 柱顶最上面一层钢筋位置， 则截断端还应设置向下的 * ,弯钩， 其弯折段的竖向投影长度不宜小于 （图 （-） ） 。这是因为该水平段上部保护层较薄， 且无竖向 箍筋约束， 当负曲率较大时该筋水平段可能向上弹起， 掀掉节点顶面的混凝土保护层。这一现象在试验中已 多次出现。若水平段弯入柱顶第二层钢筋位置， 因上 面保护层有足够厚度， 则可不设* ,弯折 （图（.） ） 。 图梁宽以外柱负弯矩受拉钢筋 （图中虚线） 的 建议构造做法 当梁、 柱负弯矩受拉钢筋采用在顶层端节点附近 设置搭接接头的构造做法时， 修订后规范从经过试验 确认的几种搭接方案中筛选出以下两种方案供工程界 根据情况选用 （见修订后规范第“ “ ’条第款 ［］ ） 。 （“） 位于节点外侧和梁端顶部的弯折搭接方案 （修 订后规范图“ -） 该方案梁宽范围内的柱负弯矩受拉钢筋伸到柱顶 后水平伸入梁上部， 直到满足搭接长度为止； 梁负弯矩 受拉钢筋则伸到柱外边， 再向下弯到梁底标高后截断 （图*） 。梁宽范围外的柱负弯矩受拉钢筋则可采用图 所示的构造做法， 当有现浇板且板厚不小于 //， 混凝土强度等级不低于0 时， 该钢筋亦可伸入现浇 板内， 长度与伸入梁内的柱筋相同。由于梁宽以外的 柱负弯矩受拉钢筋不论采用上述哪一种构造方案， 都 不可能与梁负弯矩受拉钢筋在相互邻近的情况下实现 更直接的搭接传力， 故规范规定， 位于梁宽范围内的柱 负弯矩受拉钢筋的截面面积不宜小于全部柱负弯矩受 拉钢筋截面面积的 12， 以保证有较大比例的钢筋实 现近距离的搭接传力。 图*新规范建议的梁、 柱负弯矩 受拉钢筋的搭接接头 （梁宽以外柱 筋伸入现浇板内的做法） 该 方 案 的 优 点 是 梁 筋 向下不伸过梁底标高， 这与 柱混凝土施工缝多设在梁 底标高的做法相协调； 其不 足之处则是当梁、 柱负弯矩 受拉钢筋数量过多时， 会导 致柱顶钢筋拥挤， 不利于从 上面向下浇注混凝土， 故该 方案更适于梁、 柱配筋量适 中的框架顶层端节点。 试验表明， 当柱筋伸入梁端上部时， 负弯矩作用下 的塑性铰将主要出现在柱端 （这对于顶层柱是完全允 许的） ， 正弯矩塑性铰则因柱内侧纵筋超筋 （对称配筋） 而出在梁端。因顶层端节点柱截面轴压比很小， 对称 配筋的柱截面具有良好的屈服后转动能力， 故采用这 种搭接方案的组合体试件在正、 负弯矩交替作用下不 仅有很好的延性， 耗能性能亦相对较好。因此， 这种搭 接方案可用于一、 二、 三、 四级各抗震等级的顶层端节 点。典型组合体试件失效前的外观如图“ “所示。 因这类搭接方案梁、 柱筋在搭接长度内均有* ,弯 折， 而* ,弯弧对其内侧混凝土作用有较大的径向压 力， 故弯折段的搭接传力效果明显优于直线搭接段， 从 而使这类接头搭接长度可以明显小于“ 2直线搭接 接头的搭接长度。规范规定的用于这种方案的搭接长 度“ 1 - 3与梁、 柱中使用的搭接长度具有相同的可靠 度水准。已有构造手册和通用图集对这种搭接方案取 用了比这一规定更长的搭接长度， 试验及可靠性分析 结果证明是没有必要的。 另外， 由于所选梁和柱的截面尺寸、 纵筋直径、 混 凝土强度等级和钢筋等级的不同， 按算得的搭接长度， 柱负弯矩受拉钢筋可能尚未伸入梁内， 也可能伸入梁 内较短或较长。对于前一种情况， 建议柱筋至少伸至 柱内边， 并按图所示不同情况做不同构造处理。这 时负弯矩塑性铰视梁、 柱端实配纵筋与所需纵筋的比 值大小， 可能出现在柱端或梁端， 也可能同时出现于 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 梁、 柱端。不论出现哪种情况， 都不会给框架抗震性能 带来不利影响。对于柱筋伸入梁内的后一种情况， 修 订后规范并未对柱筋伸入梁内的最小长度做出规定。 本文认为， 可能有必要使柱筋伸入梁内不致过短 （例如 不小于 “和“ “ ／中的较小值， 其中为伸入梁内 的柱筋直径， “ “为梁截面有效高度） 。这主要是为了 防止柱筋伸入梁内过短时可能从柱筋截断点处生成较 陡的斜裂缝， 由于这种斜裂缝交到的箍筋过少， 有可能 沿该斜截面过早发生剪切失效。而这种失效方式在试 验中已经出现过。 （） 位于柱顶侧的直线搭接方案 （修订后规范图 “ ） 在试验中此方案试件所选的做法是柱外侧负弯矩 受拉钢筋全部伸到柱顶后截断， 梁负弯矩受拉钢筋则 全部伸到柱外边， 并向下延伸到满足一定搭接长度后 截断 （图 “（’） ） 。这时梁负弯矩受拉钢筋一般已伸到 梁底标高以下， 施工时需将梁筋的相应长度先浇注在 柱混凝土内。 这一方案的优点是柱顶水平钢筋不致过于拥挤， 便于自上而下浇注混凝土。对于顶层重力荷载较大， 同时跨度较大， 导致梁、 柱负弯矩受拉钢筋用量偏大的 多层工业框架， 采用这一方案可能更为有利。 图 “修订后规范建议的梁、 柱负弯矩受拉 钢筋位于柱顶外侧的直线搭接接头 由于伸到柱顶的柱负弯矩受拉钢筋未向节点内水 平弯折， 加之梁负弯矩受拉钢筋数量一般都可能比柱 负弯矩受拉钢筋的数量偏少， 而使图 “（’） 节点中的斜 截面’ 成为 “ 折梁在负弯矩作用下的最薄弱截面。 这是因为该截面应按柱截面考虑， 而该截面以上的柱 筋锚固长度过短， 粘结能力有限， 在该截面中发挥的少 许抗拉能力不一定能补足该截面中梁筋偏少所造成的 受弯承载力缺口。这导致组合体在负弯矩下的主导斜 弯裂缝出现在节点内 （图 ） ， 负弯矩塑性铰区也形成 在节点内， 梁负弯矩受拉钢筋的屈服范围大致分布在 图 “（’） 中从点*到的较长区段内。虽然形成了这 种在节点内出现塑性铰的特殊现象 （试验中采用这一 搭接方案的几个试件规律相似） ， 但采用这一搭接方案 的全部试件仍表现出了良好的延性和较好的耗能性， 因此该方案也完全适用于一、 二、 三、 四级各抗震等级。 因这一方案采用直线搭接接头， 根据试验结果取 搭接长度为 , ’ -。 为了进一步优化采用这一搭接方案的顶层端节点 的抗震性能， 修订后根据专家建议规范将这一方案的 作法调整为柱负弯矩受拉钢筋伸到柱顶后， 全部向节 点内弯折 后截断 （图 “（） ） 。这样处理只会进一 步改善接头区的抗震性能， 不会削弱这一搭接方案的 优点。但请注意， 向内弯折的 长度不宜再人为加 长， 且不计入搭接长度。 图 采用图搭接方案的 顶层端节点在经历负、 正弯矩 多次交替作用后的典型外观 （试件./ 0 1 ， 23 “） 图 采用 图 “搭接 方案 的顶层端节点在经历负、 正弯 矩多次交替作用后的典型外 观 （试件./ 0 1 4， 23 “） （5） 对有关设计手册和图集曾推荐过的另一种搭 接方案的讨论 在 混凝土结构构造手册 ［］中曾为一级抗震等级 推荐了当时有关人士认为较上述两种搭接方案抗震性 能更好的另一种构造做法， 即将梁宽以内的柱负弯矩 受拉钢筋沿节点外缘经柱顶伸入梁内 “， 再将全部 梁负 弯 矩 受 拉 钢 筋 沿 节 点 外 缘 向 下 伸 过 梁 下 边 缘 “。梁宽以外的柱负弯矩受拉钢筋则按图4所示做 法处理。 建筑物抗震构造详图（ 6 5 （一） ） 也对一 级抗震等级给出了类似的规定， 但未对梁负弯矩受拉 钢筋伸入柱内的长度作出规定。验算表明，混凝土结 构构造手册 的上述方案所形成的梁、 柱负弯矩受拉钢 筋的实际搭接长度， 即使是在工程中可能出现的最短 情况下， 也总是大于本来需要的搭接长度 3 ’ -。这 一做法的目的， 是想通过伸入梁上部的柱筋增大梁端 截面的抗负弯矩能力， 通过伸入柱外侧的梁筋增大柱 上端截面的抗负弯矩能力， 从而使节点梁、 柱端在考虑 地震作用的组合弯矩作用下不出现塑性铰。如果在更 大地震下梁、 柱端仍将屈服， 则塑性铰将转移到图 5 所示梁中的截面 1 以远和柱中的截面 1 以远 （即远 离节点核心区） ， 从而希望节点区具有比采用图， “ 所示搭接方案更好的抗震性能。试验结果表明， 严格 按这一构造方案处理的顶层端节点， 其核心区可以在 组合体经受多次正、 负弯矩交替作用后不出现任何损 伤 ［］。但必须看到， 该方案也存在以下两个问题。 首先， 当梁截面 “ 处和柱截面 “ 处的负弯矩受 拉钢筋在更大地震下达到屈服时， 如图 所示， 梁、 柱 端截面 “ 和 “ 中的负弯矩 ， ’ 将明显大于设 计该截面时所用的组合弯矩设计值，’， 因此， 必 须按此时的梁、 柱端负弯矩 ， ’ 确定节点作用剪 力“ ， 并用这一节点剪力通过前面式 （） 对节点核心 区截面尺寸进行验算。这有可能导致节点尺寸专门为 此而增大的不利后果。 图 设计手册曾推荐的一种用于 一级抗震等级的构造方案 其次， 在较大的地震下之所以能够保证塑性铰转 移到截面 “ 和 “ 以远， 前提条件是柱筋伸入梁内和 梁筋伸入柱内均不能过长， 即截面 “ 和 “ 分别离截 面 “ 和 “ 不能过远。因为一旦过远， 当截面 “ 或 “ 达到屈服时， 截面 “ 和 “ 的作用弯矩将可能超 过这两个截面分别考虑伸入的柱筋和梁筋后所形成的 抗负弯矩能力。一旦出现这种情况， 屈服区就将重新 回到截面 “ 或 “ ， 即没有实现转移塑性铰以使节点 区具有更佳抗震性能的目的。试验已证实， 当柱筋伸 入梁内更长或梁筋伸入柱内更长时， 确实存在塑性铰 重新回到梁端或柱端的可能性。而此时节点区所表现 出的抗震性能反而将比采用修订后规范推荐的两种搭 接方案时更差 ［］。而在实际工程中人为地把柱筋伸入 梁内的长度和梁筋伸过梁底边的长度做得超过规定长 度 （ ） 的可能性是很难排除的。一旦出现这种情 况， 上述理想化的塑性铰转移方案就很可能无法实现。 从这一方案存在的以上问题可看出， 与图*， 两 个方案相比， 这一方案并不是确定具有明显优势的， 故 修订后规范未选用这一方案。 （） 正弯矩受拉钢筋的锚固措施 梁下部正弯矩受拉钢筋在节点中的锚固措施与中 间层端节点上、 下梁筋的锚固要求相同， 即视节点尺寸 大小， 可以采用直线锚固， 亦可采用末端带* 弯折的 锚固方式。 柱内侧钢筋伸入节点的锚固措施与顶层中间节点 处柱筋的锚固要求相同， 即视顶层梁高大小， 可以采用 直线锚固， 亦可采用末端设* 水平弯折段的锚固方 式， 但柱筋均应伸至柱顶。如前面所述， 顶层端节点内 侧柱筋数量通常均为超配， 故当有可靠经验时， 其锚固 要求可适度放松， 但仍应至少伸至柱顶。 （,） 节点配箍要求 为了发挥节点箍筋在前面所述的三类作用， 在抗 震框架顶层端节点内应配置一定数量的箍筋。修订后 规范根据试验结果及工程经验建议顶层端节点的最低 箍筋配置数量和构造要求与抗震框架其它部位节点相 同。最小配箍特征值和最小体积配箍率的具体规定见 修订后规范第 - . - /条 ［.］。 三、 非抗震框架顶层端节点的设计规定 -防止核心区混凝土发生斜向压溃的限制条件 试验结果表明， 当梁、 柱端截面负弯矩受拉钢筋配 筋特征值过高时， 将导致核心区混凝土的斜向压溃。 由于非抗震框架其它部位节点未要求进行验算， 加之 规范也未给出非抗震框架节点剪力的计算方法， 所以 防止非抗震框架顶层端节点斜向压溃的控制条件是以 对梁端负弯矩受拉钢筋配筋特征值限制条件的形式给 出的。具体控制条件为 0“ , ’’’ 1 （） 这也就是修订后规范的公式 （ - - ,） ［.］， 式中 ’， 分别为梁截面的腹板宽度和有效高度。 -防止核心区混凝土在负弯矩受拉钢筋弯弧内 侧局部受压破坏的措施 与抗震框架顶层端节点类似， 仍用规定该弯弧最 小内半径的方法来防止这类破坏的发生， 具体规定见 修订后规范第 - - ,条第段 ［.］。 -梁、 柱负弯矩受拉钢筋的配筋构造 因非抗震框架顶层端节点以抵抗负弯矩作用为 主， 不论采用梁、 柱负弯矩受拉钢筋连续布置的方案， 还是在端节点处设置搭接接头的方案， 其构造思路和 作法均与抗震框架顶层端节点处类似。当采用搭接方 案时， 仍推荐使用图*， 所示两类搭接方案。顶层端 节点组合体试件的静力试验证明， 所有构造规定可以 保持不变， 只是搭接长度中的 2 3应改为非抗震的2。 具体规定见修订后规范第 - - 条 ［.］。 -梁下部和柱内侧纵筋在节点区的锚固 梁下部纵向钢筋应根据梁端截面是否受正弯矩作 用以及在截面设计中是否将下部钢筋用作受压钢筋而 分别按修订后规范第 - - 条的规定确定其在节点 中所应采取的锚固措施。柱内侧纵筋亦应视柱截面是 否受正弯矩作用， 按修订后规范第 - - 条确定其锚 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 固措施。当柱端无正弯矩作用时， 柱内侧纵筋一般可 简单伸至柱顶后截断。 “节点配箍要求 非 抗 震 顶 层 端 节 点 除 应 满 足 修 订 后 规 范 的 第 “ “ 条对各部位节点箍筋提出的通用构造规定外， 当梁、 柱负弯矩筋采用图’， 两类搭接方案时， 节点 区箍筋尚应满足梁、 柱纵向钢筋搭接接头区对箍筋直 径和间距的要求 （见修订后规范第’ “ “ 条） ［］。 四、 对几个问题的讨论 “当顶层端节点处设有外伸悬臂梁时， 悬臂梁根 部弯矩、 框架梁端弯矩与框架柱端弯矩在该节点处应 平衡。但当悬臂梁上考虑永久荷载和可变荷载同时作 用， 因而根部弯矩最大时， 柱端负弯矩通常并非最大； 而在框架梁全跨有可变荷载作用， 悬臂梁上无可变荷 载作用时， 柱端负弯矩通常方为最大。设计中常将梁 上部纵筋的一部分或全部根据需要伸入悬臂梁作为负 弯矩受拉钢筋使用。这时， 为了保证柱端与梁端相应 弯矩的平衡， 只宜采用图’所示的搭接方案； 而且当与 柱端最大负弯矩对应的那部分梁端负弯矩受拉钢筋因 需要伸入悬臂梁而不能够从柱顶下弯到梁底标高时， 应注意适当增大柱筋伸入梁内的搭接长度， 以保证柱 端最大负弯矩的可靠传递。 “ 混凝土结构构造手册 ［］认为， 当如图 所示 可在顶层端节点顶部设置短柱头时， 梁筋可以如图所 示按中间层端节点处的锚固要求伸入节点。本文作者 认为， 由于顶部短柱头一般不受力， 没有弯矩传入节 点， 因此， 图 所示方案与前面图所示作法没有实 质性区别， 也是不宜采用的， 因为它无法保证节点区作 为’ 折梁有效传递负弯矩。 图 混凝土结构构造手册 ［］ 建议的不宜采用的构造 图 梁比柱宽时梁、 柱负 弯矩受拉钢筋的搭接措施 * “当因设计需要， 在顶层端节点处梁比柱宽时， 建议可继续采用图’所示的梁、 柱负弯矩受拉钢筋搭 接方案。此时除应保证梁、 柱负弯矩受拉钢筋之间不 小于 “ （或 “ ,） 的搭接长度外， 梁负弯矩受拉钢 筋从节点顶面弯到梁底标高的长度建议不小于 “。 当小于 “时， 宜将梁负弯矩受拉钢筋全部伸到梁底 并向内水平弯折-“再截断 （图 ） ， 以保证搭接接头 的有效传力。 “前面给出的非抗震顶层端节点防止核心区发 生混凝土斜向压溃的控制条件 （式 （*） ） 是根据试验所 得一系列发生这类破坏和未发生这类破坏的试件的实 测分界线确定的 ［］。而抗震框架顶层端节点的试验也 证明， 在满足非抗震控制条件式 （*） 时同样不会出现核 心区混凝土斜向压溃型的破坏。根据式 （） 可将式 （*） 改写成 ./0’ * 122 （* ） 式中 2， 2 分别为梁截面宽度和有效高度。如果根据 工程中一般情况， 近似取 23. ／ “ ， 2 3.／ “ 4 ， 则 上式可进一步写成 .’ * 11.. （） 即与式 （） 几乎完全相同。故对抗震框架顶层端节点 取用与其它各部位节点完全相同的防斜向压溃式 （） 完全可行。但当有较大轴压力直接作用在顶层端节点 上部， 从而在核心区中形成作用方向更陡、 数值更大的 主压应力时， 对防斜压控制条件式 （） 应从严掌握。 五、 小结 （） 当节点区无外加弯矩作用时， 顶层节点附近区 段可以视为一根’ 折梁， 该区域内梁、 柱纵向钢筋的 布置及构造措施应满足折梁传递正、 负弯矩的要求。 （） 由于折梁效应等原因导致节点核心区周边梁、 柱筋经粘结作用向核心区传递分布剪力的效应退化较 早， 故顶层端节点在负弯矩和正弯矩作用下均以 “斜压 杆机构” 为传递核心区剪力的主导机构； 加之节点所受 负弯矩通常明显大于所受正弯矩， 使得负弯矩作用下 核心区混凝土的斜向压溃和负弯矩受拉钢筋弯弧内侧 混凝土的局部压碎成为这类节点核心区失效的主导方 式。设计时应通过验算及构造措施分别防止这两种失 效的发生。 （*） 梁、 柱负弯矩受拉钢筋在顶层端节点区宜连续 布置或设置搭接接头。正弯矩受拉钢筋则应妥善锚固 在节点内。 （） 对与顶层端节点设计有关的一些问题提出了 建议。 参考文献 “混凝土结构设计规范 （5 6 7 - ’）8中国建筑工业出版社， ’ - ’8 “框架顶层边节点专题组8钢筋混凝土框架顶层边节点的静力及抗 震性能试验研究8混凝土结构研究报告选集*， 中国建筑工业出 版社， ’ ’ 8 * “国家建筑标准设计8建筑物抗震构造详图 （’ 5 * ’ （一） ）8中国建 筑标准设计研究所， ’ ’ 8 “周起敬等8混凝土结构构造手册8中国建筑工业出版社， ’ ’ 8 “国家建筑标准设计8混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规 则和构造详图 （ 5 ）8中国建筑标准设计研究所， 8 “混凝土结构设计规范 （5 6 ）8中国建筑工业出版社， 8