抗震结构节点设计与施工中应注意的问题

摘要：在实际工程设计中，各种结构分析方法都是采用假定节点区域具有可靠强度的计算模型，节点区域的强度则采用细部构造设计来保证。然而，目前有些设计、施工人员对节点细部构造的重要性认识不足，忽视了节点细部构造的详图设计和精心施工，在节点区域留下工程质量隐患，其后果是严重的。节点是联系整个结构体系的枢纽，对于框架结构，梁柱交会点为节点，对于剪力墙结构，墙肢交会处的暗柱暗梁也为节点区域。
　　关键词：抗震结构，节点设计
　　《建筑抗震设计规范》要求，抗震结构体系中的混凝土构件，应避免剪切先于弯曲破坏，混凝土的压溃先于钢筋屈服，钢筋锚固粘结先于构件破坏，亦即遵循“强剪弱弯、强柱弱梁和更强节点”的设计准则。节点是联系整个结构体系的枢纽，对于框架结构，梁柱交会点为节点，对于剪力墙结构，墙肢交会处的暗柱暗梁也为节点区域。为提高整个抗震结构体系的延性，保证整个结构的强度能够充分安全地发挥，均应遵守以下的节点设计准则：
　　（1）节点在性能上应表现出与其相邻构件相同的使用荷载特性；
　　（2）节点应具有可靠强度，足以抵抗相邻构件承受的最不利荷载组合，在必要时甚至可抵抗几倍的荷载；
　　（3）节点构造应施工简便，有利于确保混凝土浇筑质量。
　　在实际工程设计中，各种结构分析方法都是采用假定节点区域具有可靠强度的计算模型，节点区域的强度则采用细部构造设计来保证。然而，目前有些设计、施工人员对节点细部构造的重要性认识不足，忽视了节点细部构造的详图设计和精心施工，在节点区域留下工程质量隐患，其后果是严重的。本文结合工程施工经验和事故工程原因分析资料，提出抗震结构节点设计和施工中应注意的几个问题。
　　1混凝土强度方面的问题
　　1．1节点混凝土强度等级选择缺乏依据
　　在实际工程设计中，基于降低造价的考虑，设计人员通常对墙柱和梁板的混凝土分别选择不同的强度等级，对于节点区域的混凝土强度等级未明确说明。施工人员则根据施工缝留设在梁底标高以下20～30mm的惯例，想当然地认为节点混凝土与梁板混凝土为同一强度等级。这种缺乏依据的选择是不安全的。对于框架结构，节点承受由梁柱传递来的轴力、弯矩和剪力的共同作用，受力状态十分复杂，其破坏形态主要为剪切破坏，在地震力的反复作用下将形成多条交叉裂缝，把节点核心区分成若干混凝土块体，大大降低了节点区域混凝土的强度，因此必须采用构造配筋措施来提高节点强度。节点区域采用高强度等级混凝土也是必要的，施工规范要求在梁柱混凝土强度等级相差较大时，应使节点区混凝土强度等级与柱相同，但这种选择非常不利于施工。若强调节点区混凝土强度等级与柱相同，则将在梁柱侧面留设垂直施工缝，而这些位置根据结构理论恰是剪切力最大的部位，施工缝的留设不符合规范要求，也难于保证施工质量。为了方便施工，施工人员通常是把梁板混凝土统一到较高的强度等级，反而造成水泥用量增加，工程造价提高。事实上，将墙柱和梁板的混凝土选择相同的强度等级，在设计中作全面统一考虑，对于整个工程的结构造价是经济合理的。
　　1．2浇筑混凝土时振捣不密实导致节点混凝土强度不足
　　节点区域是钢筋非常密集的部位，主梁受拉钢筋全部弯折插入，柱中主筋也需占据一定空间，还有必须加密的箍筋。这种情况连绑扎钢筋都很不方便，浇筑混凝土时下料和振捣就更困难。施工人员往往就此忽视了节点区域的重要性，混凝土浇筑时漏振或振捣不充分，形成较多蜂窝或松散孔洞，严重降低了混凝土强度。
　　1．3施工缝处理不当影响节点区域混凝土强度
　　节点在结构体系中起着承上启下的作用，而且施工缝通常也都是留设在节点的上下端部。此部位必须承受较大的剪力，是结构的最薄弱环节。在每一层楼板高度处，形成两道施工缝的暗梁及楼板就是剪力墙结构中特别薄弱的部位，因此施工缝处理不当，对节点抗震性能的发挥有很大影响。规范要求施工缝接缝处应先清除表面水泥膜和松动石子，或除去软弱混凝土层（即凿毛处理），充分湿润后宜先浇50～100mm厚原配合比无石子砂浆或100～150mm厚减半石子混凝土，以利于结合良好；并加强接缝处混凝土的振捣。但实际工程中很少严格按要求施工，尤其在节点底部的施工缝部位，由于继续浇筑混凝土时墙柱模板尚未拆除，施工缝处理不便，更易形成水平裂缝和松散夹层，留下工程事故隐患。
　　2构造配筋方面的问题
　　2．1抗震墙中暗梁配筋设计的问题
　　大多数设计人员习惯于将楼层标高处的抗震墙暗梁设计得与墙同宽，而由此进行配筋设计时，往往未考虑到暗梁钢筋与墙中纵横钢筋以及暗柱钢筋的相互关系。
　　抗震规范要求，暗梁外侧纵向钢筋端部必须弯折插入暗柱主筋内侧，而因实际施工较困难，通常是直接将暗梁纵向钢筋置于暗柱主筋内侧，这就导致暗梁纵向钢筋之间的净距不能满足规范要求。而且由于宽度较实际尺寸小，箍筋也没有紧密地箍牢纵向钢筋，直接影响了构件的抗裂性能。
　　暗梁设计与抗震墙同宽时，墙中竖向钢筋与暗梁纵向钢筋相撞，施工详图中将其置于梁两侧钢筋的内侧。但在暗梁外侧纵向钢筋内移后，墙中竖向钢筋仍然置于暗梁钢筋内侧，其结果不但使梅花形布置的拉结筋失去作用，也降低了抗震墙的强度。故而只得将墙中竖向钢筋布置于暗梁纵向钢筋外侧，暗梁一般与连梁设计成同一高度，高度较大，且暗梁上下端常为留置水平施工缝的部位，墙中竖向钢筋必须承担水平施工缝处的全部剪力值，属于水平和竖向钢筋加强区。若在暗梁高度范围内，墙中竖向钢筋失去水平钢筋的约束，则极易产生混凝土保护层的局部破坏。
　　2．2框架节点箍筋加密的问题
　　为确保钢筋混凝土框架节点具有较高的核心强度，抗震设计规范强调框架节点核心区的箍筋必须加密，其配箍量不应小于柱端加密区的实际配箍量，必要时还须进行详细的节点内力分析，并采取相应的附加措施。遗憾的是，有些设计、施工人员对加密节点箍筋的必要性认识不足，往往形成遗漏。设计人员从未考虑进行节点内力分析，甚至忽视了按最小体积配箍率作构造配筋。通常在施工图中只有柱端的加密配箍量标注，而节点核心区内无明确标注。对于施工人员而言，节点区纵横交叉的钢筋本来就很密集，按正常情况绑扎钢箍已感困难，要求加密难度更大，在施工图无明确标注的情况下，也就很少能满足规范要求。
　　3锚固长度问题
　　3．1设计不周引起的锚固长度不足
　　为保证锚固长度，主梁纵向钢筋须弯折插入节点区域，其受力状态复杂，当水平锚固长度lh较短时，多出现侧面鼓胀裂缝，致使核心区混凝土斜向劈裂或压碎破坏。当钢筋弯后垂直段lv较短时，常因发生垂直钢筋踢破保护层而破坏。因此规范对节点区钢筋的最小锚固长度la或laE、水平锚固长度lh及垂直锚固长度lv都作了明确的规定。
　　在实际中，有些设计人员对最小锚固长度la或laE的取值较为重视，却很容易忽视节点中受拉钢筋的lh、lv，使受拉钢筋的锚固可靠性得不到保证，其主要原因在于对la或laE取值时忽略了梁柱实际尺寸的影响。例如，在设计说明中按抗震设计规范取最小锚固长度laE＝la＝35d，在节点施工图中仅示意了受拉钢筋在节点内的锚固位置、弯折方向及锚固总长度（在标准层节点为laE，在顶层节点为1．2laE）。实际上，柱截面b×h＝350mm×350mm，梁截面b×h＝250mm×350mm，在标准层，d＝22mm，laE＝la＝35d＝770mm，实际水平段lh＝320mm＜0．45laE，必须采取附加锚固措施。
　　3．2施工缝留设位置不合理造成锚固长度不足
　　施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20～30mm，或留设在梁板面标高处，其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时为方便柱身混凝土下料和振捣，习惯于在梁内钢筋未绑扎前进行柱身混凝土浇筑，并将施工缝留在梁底，以致梁内节点上部钢筋不能伸入柱内，造成节点主梁受力钢筋的锚固长度不足。在上例工程中，laE＝35d＝770mm，lh＝320mm，lv＝450mm，要满足此要求，则柱上端施工缝应留设在梁底以下150mm处。实际施工时按习惯在梁底30mm留缝，发现矛盾后将弯折钢筋垂直长度取为10d＝220mm，l＝540mm＝24．5d，既不能满足最小锚固长度la要求，更不能满足抗震最小锚固长度laE要求，严重削弱了结构的抗震能力。这种施工错误的后果是严重的，所以，在施工组织设计时应详细做好施工方案。