刘静
江苏筑森建筑设计有限公司西安分公司 西安 710000
摘要：结构抗震设计中， “强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”是框架部分抗震设计应遵循的重要原则。在高烈度（8、9度）地区，抗震等级为一级和二级的框架节点核心区抗剪容易超限，故选择拟建8度区的框架结构为例进行分析。根据《建筑抗震设计规范》中的计算公式，我们提出防止梁柱节点核心区超限的做法包括提高框架梁柱节点核心区抗剪承载力和减小剪力设计值。然后结合常用的结构措施来具体分析和讨论解决节点核心区超限的方法，为结构抗剪超限设计提供参考。
关键词：框架结构，节点核心区抗剪，有效验算宽度，梁水平加腋
1引言
结构设计中，为了达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防要求，我们需要多方面对工程设计进行把控，其中“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”是框架部分抗震设计应遵循的重要原则。基于该原则，《混凝土结构设计规范》GB50010-2010和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010对框架柱、梁和节点核心区均提出了严格的计算要求和抗震措施。规范提出，节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位。我们采用盈建科软件对框架结构进行计算时，发现在高烈度（8、9度）地区，抗震等级为一级和二级的框架节点核心区抗剪容易超限，故选择拟建8度区的框架结构为例进行分析。
2建模计算
某商业楼，三层框架，位于天津，8度区，三类场地，抗震等级为一级，采用盈建科2.0.1进行建模计算。由于整体结构Y方向较弱，在地震工况作用下，Y方向的层间位移较大，故采用框架柱截面为800x900（900为沿Y方向），计算得出Y方向的框架柱抗剪超限，如图1所示。
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图1 模型与计算数据
查看构件信息，在Y向水平地震和竖向地震工况组合下，该柱的节点核心区
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,节点核心区抗剪超限。
3计算原理
根据《建筑抗震设计规范 GB 50011-2010》[2016年修订版] 的 附录D中规定：D.1.3 节点核心区组合的剪力设计值，应符合下列要求：
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公式的右侧表示梁柱节点核心区抗剪承载力，式中：
——正交梁的约束影响系数；当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高渡不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，9度的一级宜采用1.25；其他情况均采用1.0；
从该公式，我们可以看出，防止梁柱节点核心区超限的做法包括提高框架梁柱节点核心区抗剪承载力和减小剪力设计值
。而提高节点核心区抗剪承载力的途径有：（1）最为直接的就是提高混凝土强度，但是在考虑经济性和施工可行性的情况下难以施行；（2）想办法提高
，即考虑增加四侧梁截面宽度或者减小柱截面宽度；（3）增加节点核心区的截面有效验算宽度；（4）增加节点核心区的截面高度，即增大柱截面。（2）和（4）有冲突，因此应视实际情
况而定。为解决节点核心区超限问题，下面将进行具体分析。
4提高节点核心区抗剪承载力
（1）通过提高节点区混凝土强度来提高节点核心区抗剪承载力这种方法需要注意节点区混凝土与梁、板混凝土应同时浇筑，并应适当扩大节点区混凝土的范围。提高节点区的混凝土强度也就意味着提高柱的混凝土强度，使得柱的混凝土强度高于梁板，实际做法是柱节点附近离开柱边≥500mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5mm网眼的密目铁丝网分隔（作为高低等级混凝土的分界），如图2，先浇筑高标号混凝土后浇筑低标号混凝土。
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图2 框架节点区
需要注意两点：一是节点区混凝土与梁板混凝土应连续浇筑，不得将高低强度等级混凝土交界处留成施工缝或出现冷缝；二是确定混凝土合理的配合比，严格控制施工配料，现场测控混凝土坍落度，加强对混凝土的养护，以防高低混凝土交界附近出现收缩裂缝，对施工条件和组织管理要求较高。
（2）想办法提高，即增加框架梁对梁柱节点的约束，考虑增加四侧梁截面宽度或者减小柱截面宽度，即增加框架梁对梁柱节点的约束。
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图3 取值1.5的框架梁宽
对于四周有梁约束的中柱来说，从1.0增加到1.5，很容易满足抗震承载力。在该案例中，框架柱截面由于层间位移控制，因此柱截面无法变小，于是考虑增加水平方向梁截面宽度，按照图3的做法，我们增大梁截面宽度为450mm，即可使增大至1.5，抗剪承载力为, 抗剪满足要求。但是对于边柱和角柱来说，恒等于1.0，该方法不适用。
（3）除了增大，我们还可以考虑增加节点核心区的截面有效验算宽度。该方法一般同第（2）种共同发挥作用。增加节点核心区的有效验算宽度即是增加梁宽度或是依靠梁端部水平加腋来满足。当框架梁截面宽度远小于?0.5倍框架柱的截面宽度时，减小柱截面宽度则对位移影响较大，加大梁截面宽度又太过浪费，这时可在框架梁端部设置水平加腋，以加大框架梁对梁柱节点的约束宽度，见图4，但采用此方法时，结构施工较为复杂。
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图4 梁水平加腋做法
梁采用水平加腋时，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，框架节点核心区有效宽度为
,式中表示梁单侧加腋宽度。
(4）另外我们可以考虑增加节点核心区的截面高度，即增大该方向柱截面的方法来提高抗剪承载力。尝试将案例中的柱截面增大到1000x1000，抗剪承载力验算才能通过，但是会影响建筑空间功能的使用而且浪费。
5 减小剪力设计值
根据《混凝土结构设计规范》：当梁柱材料、截面尺寸一定时，若想使框架梁柱节点核心区抗剪满足要求，唯一的方法是减小节点核心区剪力设计值Vj。
但是节点核心区剪力设计值Vj与节点处框架梁端地震作用弯矩值有关。在荷载一定，结构型式一定，结构假设一定的情况下，框架梁端的内力也就确定。因此在其他条件不变的情况下，我们在软件建模计算时可以调整结构假设，通常情况下我们是按照整层楼板刚性楼板这个假定前提来计算的梁端地震弯矩值。这时的模型不考虑楼板的抗弯承载能力，由梁承担全部荷载内力，此时楼板成为一种承载力的安全储备。但是从抗震设计强柱弱梁的要求考虑，常造成梁端弯矩、配筋过大这种不好的效果。因此我们可以考虑采用“地震内力按照全楼弹性板计算”的假定。在地震计算时让楼板和梁共同抵抗地震作用，可以大幅度降低地震作用下框架梁的支座弯矩和实配钢筋，很好的解决了框架节点核心区的抗剪超限问题。
而对于其他荷载工况如恒活风载，仍按照刚性楼板假定，由梁承担全部荷载内力，楼板成为一种承载力的安全储备。
6 结论
综上所述，我们在做高烈度地区的框架结构设计时，若出现了梁柱节点核心区超限，则可以考虑提高框架梁柱节点核心区抗剪承载力的四种方法和减小剪力设计值的弹性板假设的方法，具体情况还需具体研究分析，宗旨是让结构更加安全、合理和经济。
参考文献
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