一种混凝土框架节点内钢筋的(抗震)锚固的设计与应用

詹焕辉

(江西传媒职业学院 ,江西 南昌 330224)

钢筋混凝土工程是国内外建设项目中的主流工程,钢筋与混凝土两类材料的结合,发挥了其各自的优点。在当前建材发展水平下,钢筋与混凝土的组合在每个单位工程中都有所应用,例如纯钢结构厂房,其基础也一定是采用钢筋混凝土结构的,且根据地基条件、基础形式、上部结构类型等,一般情况均会设置基础梁,基础梁与柱的结构刚性节点也通常称为框架节点。根据建筑结构施工规范及设计的要求,钢筋要与混凝土有效地完整结合在一体,承担相应的功能,钢筋必须要在混凝土内有足够的锚固长度,形成钢筋与束缚的混凝土同向变形,钢筋承担相应的受力功能。否则,钢筋与混凝土必将分离,不可合为一体,即无法实现共同工作,构件出现了破坏,钢筋与混凝土体出现相对滑移变形,或钢筋被拔出混凝土体等。

在工程设计实践中,框架节点内上部钢筋在混凝土体内一般承受拉力。《混凝土结构设计规范》简称《混规》、《高层混凝土结构技术规程》简称《高规》规定,梁上部纵筋在框架节点内进行直锚时,由于柱截面尺寸不够,需要将纵筋伸至节点对边并向下弯折,但弯折水平段的投影长度不应小于0.4Lab(或是0.4LabE)[1][2],弯折后竖直投影长度不应小于15倍纵筋直径,这类情形一般出现在框架中间层端节点处。

然而,在实践操作中,由于柱截面尺寸受限,导致纵筋弯折点至柱边锚入点(直锚长度)的投影长度小于0.4Lab(或是0.4LabE)。通常情况的处理办法是将梁内纵筋代换为小直径的,但这种做法往往出现梁、柱节点处钢筋数量过多,有时会严重影响梁、柱节点处混凝土的施工,另一方面如所代换的钢筋为通长筋,即存在钢筋的搭接,同时给施工带来很多不便,也增加了施工配筋工作量,且浪费钢材,因此这种方法,实践证明实在不适合,应该设计一种即方便施工,又能节省钢筋用量与工时的方法。经过实践与试验,在纵筋锚固的端头,采用一种单侧贴焊5d(d为锚筋直径)长锚筋的办法来解决当直锚长度小于0.4Lab(0.4LabE)的情形。

图1 节点锚固示意

《混规》[1]中关于框架中间层端节点的梁上部纵筋伸入节点的锚固是这样规定的：1)当能满足直线锚固形式时,锚固长度不应小于La,且应伸过柱中心线；2)当柱截面尺寸不满足直线锚固要求时,梁上部纵筋可采用机械锚头的锚固方式,宜伸至柱外侧纵筋内边,包括机械锚头在内的水平投影锚固长度不应小于0.4Lab(0.4LabE)；3)梁上部纵筋也可采用900弯折锚固的方式,此时梁上部纵筋应伸到柱外侧纵筋内边并向节点内弯折,其包含弯弧在内的水平投影长度不应小于0.4Lab(0.4LabE),弯折筋在弯折平面内包含弯弧的投影长度不应小于15d。本文阐述的正是第三种形式,区别在于包含弯弧在内的水平投影长度还不到0.4Lab(0.4LabE),因此提出采用纵筋端头单侧贴焊锚筋的办法来处理。

《高规》规定,柱截面尺寸在非抗震时为不宜小于250mm,抗震时为不宜小于300mm[3][4]。建筑按50年合理使用年限考虑,采用单侧端锚的端头长度为5d(d为纵筋直径),节点锚固示意图如右图1所示(图中1是5d长的单侧贴焊锚头；2是上部纵筋；3是上部纵筋弯折点；4是框架柱；5是框架梁)。上部纵筋延伸至外

侧柱边钢筋内侧,考虑最不利,一般情况下上部纵筋直锚入柱内长度为(柱宽-60mm), 当最不利时的保护层厚为50mm,梁上部纵筋在非抗震图时最小的直锚柱内长度应能达到不小于190mm,抗震时能达到不小于240mm。在不考虑锚固长度修正系数ζa影响的情况下,按最不利条件考虑直锚入柱内最大长度,按此框架锚固节点设计、施工时,其最不利总锚固长度La(LaE)能否满足规范要求及其经济合理性,表1、表2分别按不考虑抗震和考虑抗震时的两种情形分别进行计算分析如下所示：

表1反映出当钢筋直径小于25mm时,纵筋直锚柱内长度最小只能达到0.2Lab,一般情况在一类环境低等级混凝土情况下达不到0.4Lab。按本论文设计的节点锚固法可以节省钢筋,且最终的结果都能满足规范的要求。

表1

表2

表2是按三级抗震的要求计算抗震锚固长度,四级抗震的修正系数是1,一、二级抗震的修正系数是1.15,按上述演算程序及相应的抗震设计要求,均能满足总锚固的要求。

综上所述,中间框架端节点上部纵筋锚固时,当其伸入柱内的直锚长度不足0.4Lab(0.4LabE)时,可以将纵筋延伸至柱的外侧主筋内侧进行900下弯。在纵筋的端头单面贴焊5d长短钢筋锚头,不包含锚头在内总锚固长度La(LaE)不小于0.6Lab(0.6LabE),直锚柱内长度不小于(柱宽-60mm),针对柱保护层加箍筋直径大于60mm的情形,直锚柱内长度计算方法是：La直=柱宽-柱保护层-箍筋直径。经过推理演算、实践与试验,本论文设计的框架节点纵筋锚固法,能满足规范要求的锚固长度,且方便施工。实际在《混规》中已说明,纵筋采用直锚时,不满足La的锚固总长时,可采用机械端头的锚固方式,但直锚长要求大于0.4Lab(0.4LabE)[1]。上述的计算表中已能全面反映出本论文设计的框架节点纵筋锚固法的经济性,通过采用此锚固方法,避免因钢筋代换而引起的梁柱节点处钢筋数量过多的现象,同时也避免了因此而引起的施工不便现象,减少了施工配筋工作量,消耗施工现场一些多余的钢筋短头,即节能又省事,且加大了施工现场处理此类锚固事宜的灵活性。