5.3 异形柱框架梁柱节点核心区受剪承载力计算

5.3.1

试验研究表明,异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点的受剪承载力,是异形柱框架的薄弱环节。为确保安全,对抗震设计的二、三、四级抗震等级的梁柱节点核心区以及非抗震设计的梁柱节点核心区均应进行受剪承载力计算。在设计中,尚可采取各类有效措施,包括例如梁端增设支托或水平加腋等构造措施,以提高或改善梁柱节点核心区的受剪性能。

对于纵横向框架共同交汇的节点,可以按各自方向分别进行节点核心区受剪承载力计算。

 

5.3.2~5.3.4

公式(5.3.2-1)和公式(5.3.2-2)为规定的节点核心区截面限制条件,它是为避免节点核心区截面太小,混凝土承受过大的斜压力,导致核心区混凝土首先被压碎破坏而制定的。公式(5.3.3-1)和公式(5.3.3-2)是节点核心区受剪承载力设计计算公式,参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第11.6.4条,取受剪承载力为混凝土项和水平箍筋项之和,并根据试验谨慎地考虑了柱轴向压力的有利影响。

针对异形柱框架的特点,由于正交方向梁的截面宽度相对较小且偏置(对T行、L形柱框架梁柱节点),正交梁对节点核心区混凝土的约束作用甚微,公式(5.3.2-1)、(5.3.2-2)和公式(5.3.3-1)、(5.3.3-2)均未考虑正交梁对节点的约束影响系数。

研究表明,肢高与肢厚相同的等肢异形柱框架梁柱节点核心区的水平截面面积可表达为,则有为翼缘全部有效利用时的翼缘影响系数。本规程建立计算公式所依据的基本试验构件有L形、T形和十字形三种截面,其值分别为300mm、270mm和360mm,计算求得的分别为1.625、1.560和1.654。

 

试验表明,在相同条件下,节点水平截面面积相等时,等肢L形、T形和十字形截面柱的节点受剪承载力分别比矩形柱节点降低33%、18%和8%左右,这主要是由于节点核心区外伸翼缘面积在节点破坏时未充分发挥作用所致。为此,对于等肢异形柱框架梁柱节点,在公式(5.3.2-1)、(5.3.2-2)和公式(5.3.3-1)、(5.3.3-2)中,当等于300mm时,表5.3.4-1中翼缘影响系数分别取1.05、1.25和1.40。对于T形柱节点,当值由270mm增加到570mm时,试验得到的受剪承载力提高约30%,而用有限元分析得到的受剪承载力仅提高12%,据此当等于600mm时,分别取1.10、1.40和1.55。对于肢高与肢厚不相同的不等肢异形柱框架梁柱节点,表5.3.4-2中的取值是基于对等肢异形柱节点的分析并偏于安全给出的。

试验还表明,十字形截面柱中间节点在轴压比为0.3时的节点核心区受剪承载力较轴压比为0.1时提高约10%左右,但在轴压比为0.6时,其受剪承载力反而降低并接近轴压比为0.1时的数值。为此计算公式(5.3.2-2)和公式(5.3.3-2)引用轴压比影响系数来反映轴压比对节点核心受压区受剪承载力的影响。

 

根据节点构件为480mm和550mm的试验结果比较,以及=480~1200mm的有限元计算分析结果说明,节点核心区的受剪承载力并不随呈线性增加的变化规律。为保证计算公式应用的可靠性,公式通过截面高度影响系数予以调整。

 

通过对116个T形柱节点(=10~50=0~1.3%,为480~1200mm)进行的有限元分析,并考虑试验结果及反复加载的影响,求得节点核心区混凝土首先被压碎破坏的受剪承载力计算公式为:若考虑在使用阶段节点核心区的裂缝宽度不宜大于0.2mm,根据12个试件的试验数据得到的变化范围在0.387~0.692之间,平均值为0.534,变异系数为0.517,假定按正态分布分析,取保证率93.3%,则得。使用阶段用荷载和材料强度的标准值,在承载力计算时应分别乘以荷载和材料分项系数,合并近似取为1.55,则得。最后将上式右边乘以0.632,从而。取常用的混凝土强度及框架节点核心区配筋特征最小值代入取整,引入轴压比影响系数和承载力抗震调整系数得到公式(5.3.2-2)。

对于无地震作用组合情况的公式(5.3.2-1)和公式(5.3.3-1)系取地震作用组合情况考虑反复荷载作用的受剪承载力为非抗震情况的80%条件(但箍筋作用项不予折减)得出,且不引入轴压比影响系数

对低周反复荷载作用的31个异形柱框架节点试件的试验结果分析证明,本规程提出的考虑翼缘等因素的作用和影响的设计计算公式是可靠的。

 

5.3.5

当框架梁的宽度大于柱肢截面宽,且梁角部的纵向钢筋在本柱肢纵筋的外侧锚人梁柱节点核心区时,节点核心区的受剪承载力验算可偏安全地采用本规程第5.3.2条~第5.3.4条规定,取框架梁的宽度等于柱肢截面厚度即取,而不计柱肢截面厚度以外部分作用的简化方法,亦可采用本条规定的后一种较准确的方法。

本条文规定的后一种方法主要是参考现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011扁梁框架梁柱节点的规定,并根据类似的异形柱框架梁柱节点试验结果给出的。