关于框架结构梁柱节点区的混凝土强度探讨

潘金和

（贵州交通职业技术学院， 贵州 贵阳 550008）

0 引言

在框架结构设计中，对于层数不多的钢筋混凝土框架，由于柱子的轴向力小，混凝土强度取值较低也能满足轴压比限值的要求，为便于施工，常常将梁、板、柱的混凝土强度等级取为一致。但是对于层数较多的框架结构，由于柱子轴向力增大，为满足轴压比的要求，继续采用低强度混凝土的话会使柱子截面积增大，减小了建筑物的使用空间。因此，在高层混凝土框架结构设计中，柱子的混凝土强度选用常随着轴向力由大到小而逐渐降低，低楼层轴向力大，采用较高强度的混凝土，上部楼层轴向力小，采用强度较低的混凝土，这样既不会使柱子截面过大，也是使凝土强度得到了充分利用，保证了设计的经济性。

在底部楼层，柱的混凝土强度通常比较高，而梁板的混凝土强度通常都不会太高，这样就使得梁、柱的混凝土强度等级不一致，那么对于梁柱交接处的节点区的混凝土是应该和梁一致还是应该和柱一致以及如何浇筑就成了问题。

1 图集中的处理办法

框架结构中，当框架梁和框架柱的混凝土强度等级不一样时，节点区混凝土该如何浇筑，《国家建筑标准设计图集08G101-11》给出了相应的处理办法。现行的处理办法是：

1.当框架柱混凝土强度等级超过框架梁一级或不超过二级但节点四周均有框架梁时，节点核心区的混凝土强度等级可与框架梁、板一致，施工时可先浇筑框架柱混凝土到框架梁底部，然后再同时浇筑框架梁、次梁和楼板的混凝土；

2.框架柱与框架梁混凝土强度等级相差不超过二级且节点四周不都设有框架梁时，如经验算斜截面承载力满足要求，节点混凝土强度等级亦可按梁板的混凝土强度等级相同浇筑；

图1 梁柱节点做法示意

3.框架柱的混凝土强度等级高于框架梁超过二级时，或不超过二级且节点四周不全设有框架梁而斜截面承载力也不满足要求时，梁板和框架柱的混凝土应分开浇筑，在节点外0.5倍梁高处用45°细钢丝网隔开，节点核心区混凝土强度等级应取和框架柱相同，在节点混凝土初凝前浇筑框架梁、板的混凝土，且应加强混凝土的振捣和养护。

可以看出，按照现行施工图集的规定，在某些情况下，当框架柱的混凝土强度等级高于框架梁时，节点区混凝土可以按照强度较低的梁板采用。

2 约束混凝土理论

混凝土受到轴向压力时，将产生横向变形，内部产生裂缝，随着轴向压力增大，内部裂缝扩展，使混凝土最后被压坏。如果能够对混凝土的横向变形进行约束，限制裂缝的扩展，就能够提高混凝土的抗压强度和变形能力。根据这个原理，工程中将以受压为主的柱子做成钢管混凝土柱和螺旋箍筋柱，利用钢管和螺旋箍筋对混凝土的约束作用，提高混凝土的抗压能力。这种利用外部约束，改善混凝土原有的受压特性，以提高其抗压强度和延性的混凝土称为约束混凝土。

混凝土受到的侧向约束压应力对σ-ε曲线的影响如图2所示，从图中可以看出，混凝土受到的约束越强，侧向约束压应力越大，其抗压强度越高，延性越大。对此，一些一些学者也提出了受到约束后的混凝土强度相应的计算办法。

胡海涛通过对高强约束混凝土棱柱体的轴心受压试验，分析了在一定纵向钢筋配筋率下，配箍特征值、箍筋间距和箍筋形式等的影响，提出了高强约束混凝土的应力应变全曲线方程和复合方箍约束后的混凝土强度计算公式。

图2 混凝土侧向约束压应力对σ-ε曲线的影响

从式中可以看出，配箍特征值越大，箍筋间距越小，则约束后的混凝土强度也越高。

3 讨论

钢筋混凝土结构的抗震设计思想是：强柱弱梁，强剪弱弯，强核心区强锚固。按照“强核心区强锚固”，节点核心区应该要强于梁柱的其他部位，那么图集里面为什么规定当梁、柱混凝土强度不一样时，节点核心区混凝土可以按照强度较低的梁板来采用呢，这个问题实际上可以用约束混凝土理论来解释。

从广义上讲，钢筋混凝土构件本身就是约束混凝土构件，纵向钢筋和箍筋组成的钢筋笼对内部核心区混凝土产生了约束，按照约束混凝土理论，受到钢筋笼约束后的混凝土强度提高了，且提高的程度和构件自身的钢筋笼配置情况密切相关。根据规范，抗震设计的框架梁端和柱端都要进行箍筋加密，由于箍筋加密，节点核心区的混凝土将受到较强的约束，因此，其抗压强度也提高了。特别是节点四周均设有框架梁时，节点核心区将受到更强的约束，当梁柱的混凝土强度等级只相差一级以及不超过两级时，虽然按梁板采用了低强度的混凝土，但是箍筋加密对混凝土的约束增强从而提高的抗压强度足以弥补强度等级降低引起的强度不足。

当框架梁柱节点核心区四周不全设有框架梁时，则节点区混凝土受到的约束就相对减弱，若梁、柱混凝土强度等级相差两级，混凝土受到约束后的强度提高不一定能抵消强度等级降低引起的强度不足，所以，我国图集中规定当梁柱混凝土强度等级相差不超过两级且节点四周不全设有框架梁时，需要进行斜截面承载力验算满足要求，才能与强度较低的梁板同时浇筑。

4 结语

按照约束混凝土理论，由于钢筋笼对混凝土的约束，混凝土的抗压强度实际上提高了，特别是梁、柱节点区，由于箍筋加密，混凝土强度提高得更多。如果考虑框架梁端、柱端箍筋加密对混凝土强度提高的贡献，当框架柱的混凝土强度等级高于梁板一级或不超过二级但节点四周均设有框架梁时，节点核心区的混凝土强度可以按照强度较低的梁板的混凝土采用，这一做法和“强柱弱梁强节点”的这一思想并不矛盾。

[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S]

[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]

[3]国家建筑标准设计图集08G101-11

[4]曹新明等.区域约束混凝土浅析[J].工程抗震与加固改造，2008，30(5)：112～115.

[5]过镇海、时旭东. 钢筋混凝土原理和分析[M].北京：清华大学出版社，2003