钢筋混凝土框架错层节点设计方法研究
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摘要： 以钢筋混凝土错层节点为研究对象，对国内外错层节点试件进行汇总分析，根据错层节点的受力特性，提出钢筋混凝土框架错层节点剪力计算公式、抗剪强度计算公式和节点核心区构造措施。
Abstract： In this paper， it is main study on reinforced concrete frame step joint. By collecting and analyzing the test results at home and abroad， the formula for calculating shear force， the shear strength formula and construction measure of joint core area are proposed based on the mechanical characteristics of staggered floor joint.
Key words： step joint；shear capacity；design methods
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）23-0123-02
0 引言
在钢筋混凝土框架结构中，因为楼板错层在梁柱接头部位形成了错层节点。从受力的角度看，错层节点与常规框架节点的不同在于，在正向与反向加载的情况下，错层节点的节点区传力机构有明显的不同，错层高度对节点受力性能的影响也是显著的。
对于错层节点破坏机理的研究则处于起步阶段。本文收集整理国内外已完成的错层节点试件资料，对比普通节点的受力机理，提出错层节点剪力计算公式、抗剪强度计算公式和节点核心区构造措施。
错层节点可根据错开高度的不同，分为三种类型：第一类：错开高度小于一个梁高的不完全错开节点；第二类（过渡类）：错开高度等于一个梁高的错层节点；第三类：错开高度大于一个梁高，但错开的净高小于柱截面高度的错层节点。
1 错层节点设计方法研究
1.1 规范所给节点公式的适用性分析 检验《混凝土结构设计规范》给出的普通节点计算公式对错层节点是否适用，表1中对国内外相关试验研究做了汇总分析，给出梁纵筋屈服时节点剪力值即节点核心区剪力设计值、对应于梁筋极限强度的节点剪力值、抗剪承载力计算值以及试验值。本文以正反向加载时较大的剪力值作为表中的试验剪力值。
表中Vj表示错层节点核心区剪力设计值，Vb表示错层节点核心区梁纵筋达到极限抗拉强度时的剪力值，V■■为按规范公式计算的节点抗剪承载力设计值，V■■表示在梁筋屈服时节点所受剪力的试验值，V■■表示错层节点在试验过程中所受的最大试验值。
由以上分析可知，在试验过程中节点受到的最大剪力比按规范计算的抗剪承载力要小，但是相差不大。所以本文认为，错层节点上部剪力可以按照普通节点剪力计算式计算，即规范公式基本适用。
1.2 错层节点建议设计方法
1.2.1 节点核心区计算剪力
①第一类错层节点。
第一类错层节点受力时起控制作用的是节点中部剪力，在节点核心区形成了与普通中节点中相似的斜压杆。整个节点核心区混凝土均参与了抗剪，所以建议该类错层节点取整个节点区高度作为节点核心区高度hj。
第一类错层节点的剪力设计计算式为：
V■=η■■1-■ （1）
V■—节点核心区剪力设计值；h■—梁截面的有效高度；a■■—梁受压钢筋合力点至受压区边缘的距离；H■—柱的计算高度；M■■，M■■—错层节点左右梁端组合弯距设计值；η■—节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2。
②第二类错层节点。
第二类错层节点受力情况与两个普通端节点受力相似，起控制作用的是节点上下部位剪力中的较大值。由试验可以看出，节点核心区裂缝是沿着节点上下区域的对角线发展的。所以该类错层节点取上下部位剪力较大值作为节点剪力设计值，取一个梁高作为节点高度。
第二类错层节点剪力设计计算式为：
V■=η■■1-■ （2）
V■=η■■1-■ （3）
③第三类错层节点。
完全错开的错层节点在其上、下部位按照中间层端节点进行剪力计算，而中间部位所受水平剪力值为节点部位的最小值，按柱剪力公式计算。
所以第三类节点剪力设计计算公式为：
V■=η■■1-■ （4）
V■=■ （5）
1.2.2 节点防斜压破坏控制条件
错层节点核心区防止斜压破坏的控制条件可用规范公式，为：V■？燮■0.3η■β■f■b■h■ （6）
h■—框架节点核芯区的截面高度，取柱高，即h■=h■；
b■—节点核芯区的截面有效宽度；
η■—正交梁对节点的约束影响系数。
1.2.3 节点核心区抗剪强度
从各试验现象和结果中能够看出，由于梁纵筋的超强作用，在梁纵筋屈服之后，绝大多数节点试件受到的剪力都有一定的增幅。
①第一类错层节点。
对第一类错层节点来说，节点抗剪承载力可以按照全截面高度和规范所给公式较为准确的估计出来。所以错层节点的抗剪承载力计算：
V■？燮■1.1η■f■b■h■+0.05η■N■+■h■-a■■ （7）
式中h■取整个节点区高度。
N—对应于组合剪力设计值的上柱组合轴向压力较小值，其取值范围不应大于柱的截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积的50%，当N为拉力时，取N=0；γ■—承载力抗震调整系数，可采用0.85；f■—箍筋的抗压强度设计值；f■—混凝土轴心抗拉强度设计值；A■—核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋的总截面面积；s—箍筋间距。
②第二类错层节点。
可近似认为该类错层节点上下部分可以独自承担剪力，因为上下部位相互间的影响比较小。所以第二类错层节点抗剪承载力可按照普通中间层端节点公式来计算。
计算式：
V■？燮■1.1η■f■b■h■+0.05η■N■+■h■-a■■（8）
式中h■取一个梁高，即h■=b■。
③第三类错层节点。
第三类错层节点在其上下部位按照中间层端节点抗剪承载力公式来计算，中间部位按短柱抗剪承载力公式来计算。
1.2.4 节点核心区构造要求
错层节点核心区的构造要求基本与《钢筋混凝土结构设计规范》建议相近，因增大核心区的抗剪面积可改善错层节点力学性能，所以本文建议节点区柱截面的高度至少应为框架梁主筋直径的25倍，节点区梁截面的高度与《钢筋混凝土结构设计规范》建议一致，至少应为框架梁主筋直径的20倍。
2 结论
本章对现行规范设计方法应用于错层节点遇到的问题进行了分析，在分析错层节点试验数据的基础上，提出了钢筋混凝土框架错层节点的抗震设计方法，概括起来具体包括：
①第一类错层节点剪力设计值取节点中部剪力，节点高度取整个节点区高度。规范给出的抗剪承载力公式基本形式仍然适用于第一类错层节点的抗剪承载力计算，同样h■取整个节点区高度。
②第二类错层节点剪力设计值取节点上下区剪力较大值，节点高度取一个梁高h■。抗剪承载力计算可采用普通中间层端节点的设计公式进行计算。
③第三类错层节点，节点上、下部位的受力及抗震性能类似普通中间层端节点，在上、下梁间将形成一根短柱。其上、下部位按照中间层端节点进行剪力计算，节点中间部位所受水平剪力值为节点部位的最小值，按柱剪力公式计算。
参考文献：
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[4]易丹.十字形异形柱错层节点抗震性能试验研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2005.
[5]Tomohiko Kamimura，Kazuhiko Ishibashi，Mikio Fujitsuka.Mechanical Behavior of Reinforced Concrete Beam-Column Assemblage with Different Floor Levels on Both Sides of Column[C]. The 14th World Conference on Earthquake Engineering，Beijing，China，2008.