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[摘要]在高层砼框架结构中，当柱的砼强度比梁高时，节点核芯区砼强度如何选择是个难点。在整理现阶段有关研究文献的基础上，提出一个解决方案。
[关键词]砼框架 节点核芯区 砼强度
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0920080－01
一、引言
在地震作用下，梁柱节点核芯区经受着很大的水平剪力，一般约为柱子剪力的4-6倍 [3]，易产生剪切脆性破坏。目前在大量的高层结构设计中往往会碰到梁柱砼强度等级不同的情况，柱采用高强砼，梁板采用低强砼，而节点核芯区砼等级如何选择，按柱子还是按梁？结合本人硕士论文[13]和最新文献提出个人的解决方案。
二、工程背景和研究现状
梁柱砼强度等级不同时的节点核芯区，在施工中有两种做法：
一种做法是，如文献[5]建议的，梁板和节点区的砼要分别搅拌、分开浇灌。即核芯区的高强砼先浇，然后是梁板的普通砼，不留施工缝。分界线定在距柱边1.5-2倍梁高处,采取插木条临时挡住先浇灌的砼，当后浇砼落入后即抽出木条，通过振捣形成整体。这种办法不受施工单位的欢迎，因为在同一时间内有两种砼要用，而且实际工程常一次搅拌较多量用于节点的砼，在浇注到最后几个节点时可能已超过砼初凝时间，所以对施工质量和管理是不方便的，而且费用和工期上也是不利的。
第二种做法是，梁板和节点核芯区统一用与梁相同强度等级的砼。这种做法有其依据，核芯区虽然采用了较柱子强度低的砼，但该部位因其特殊性又有一些相对上下柱更有利的因素。首先，梁板在核芯区位置对柱提供侧向约束，核芯区不存在受轴压失稳的问题；其次荷载从上下柱传至核芯区时，荷载在梁板楼盖中扩散，从而使核芯区砼应力比上下柱的应力低些，或者说因荷载扩散而使核芯区砼的表观强度提高；此外伸入核芯区的梁板水平钢筋也具有约束作用，可以提高核芯区砼表观强度；除了以上因素，由于上下柱高强砼的存在，核芯区砼表观强度也应较梁板砼有所提高。
上述两种做法分别适用于不同情况，但至于如何在定量上加以区分，在工程设计上有不同处理意见。
一种偏保守的做法是，考虑到国内研究工作和实践经验尚不充分，按老高规[1]的规定处理：梁柱砼强度等级相差不大于5Mpa时按第二种做法，否则按第一种做法。如文献[4]、[5]建议的。
另一种中庸的做法是，考虑到新高规[2]在6.2.7的条文说明中已 “不作具体的规定”，梁柱砼强度等级相差不大于10Mpa时按第二种做法，否则按第一种做法。
还有一种做法是，扩大柱和节点砼强度等级差并给出具体计算公式。如美国ACI318-89规范[9]，提供了夹芯节点在轴压设计方面的一些内容，建议柱和梁板楼盖砼强度之比不超过1.4的夹芯节点可按柱砼强度作为其计算强度，否则应采取如下措施之一：其一，同文献[5]的方法，保持柱砼强度的连贯；其二，在夹芯节点核芯区加插竖向短钢筋或加配螺旋箍筋；其三，对于柱四边均有梁板约束的中节点,节点砼有效强度等于75%的柱砼强度加上35%的梁板砼强度。这些内容用公式可概括为：
若fcc≤1.4fcs，则
（1-1）
若fcc＞1.4fcs且是边、角柱，则
（1-2）
若fcc＞1.4fcs且是中柱，则
（1-3）
式中：fce ---节点砼有效强度；fcc---柱砼强度；fcs---楼板(梁)砼强度。
Shu和Hawkins[10]认为（1-2）式过于保守。提出改进公式
（1-2a）
式中：h ---楼板厚或梁高；c ---柱截面高度。
McHarg等[11]也通过试验研究，认为（1-3）式在某些情况偏于不安全，而加拿大规范CSA Standard的公式：
（1-3a）
偏保守。
关于节点轴压设计，原北京建筑设计院总工程师郁彦也提出一种设计思路。他认为，上下柱受轴压比限制，而节点区柱在侧向支撑的有利因素下不受轴压比限制，但要考虑纵筋轴压贡献后的轴压承载力验算[6]。在“节点轴压比限制”方面，新高规[2]在6.2.7的条文说明中也认为“一般不需验算”。
根据国内的一些试验研究，北京院的程懋堃等[7][8]提出了一种比较完整的设计思路。柱的砼强度等级为C50～C60时，核芯区可采用不低于柱砼强度0.6倍的砼；采用国外轴压情况试验得出的有效强度公式(如(1-1)～(1-3)等式)作为核芯区砼的强度，然后将其代入我国规范公式，验算核芯区的抗压和抗剪承载力，而且不考虑轴压比限制；对于上面验算而承载力不足情况下，增加梁宽或加腋从而加大核芯区面积。在北京的“建筑设计技术细则结构专业”也做了类似论述[14]。
另外安徽电力设计院的何玲[12]提出在夹芯节点内加型钢来加强核芯区，加型钢后的节点抗剪按下式计算
（1-4）
式中：fa ---型钢腹板的强度设计值；tw ---型钢腹板的厚度；hw ---型钢腹板的高度；fc ---柱砼轴压强度设计值。
三、夹芯节点轴压和抗剪设计建议[13]
（一）夹芯层轴压承载力验算
1．边角柱轴压承载力
式中：h ---楼板厚度或梁高；c ---柱截面高度；fcs ---梁板的弱砼轴心抗压强度设计值；fcc ---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；fy ---(穿过节点区的)柱纵筋屈服强度设计值；A，As---柱截面面积，柱纵筋面积；h ---楼盖厚度或梁高。
2．中柱轴压承载力
验算核心区轴压强度是否高于上下柱的设计轴力。式中：fcc ---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；μ ---柱子的设计轴压比； A ---柱子的截面面积。
（二）夹芯节点抗剪验算
式中：V ---节点受到的剪力设计值；fcs---梁板的弱砼轴心抗压强度设计值；fcc---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；fyv---（穿过节点区的）柱纵筋屈服强度设计值；A，Asv---柱截面面积，节点抗剪钢筋面积；bj，hj ---节点水平截面的宽度和高度；h ---楼盖厚度或梁高；N---考虑地震作用组合的节点上柱底部轴力设计值，N＞0.5fcA时，取N=0.5fcA；γRE ---承载力抗震调整系数。
由于用于本公式回归的试验都是针对有直交梁约束的空间节点的，故当设计上不考虑直交梁的约束作用时，应在（2-4）式的fcsbjhj上乘一折减系数。按规范，有直交梁节点比没有的情况其砼抗剪承载力乘1.5，因此前面的折减系数可取该系数的倒数(2/3)，但这尚有待于进一步的研究来确定。
四、结论及工程实践
（一）结论
考虑到施工方便，对不同强度砼梁柱节点的设计问题提出如下解决方案：
1．梁柱砼强度等级相差不大于10Mpa时，节点核芯区统一用与梁相同强度等级的砼，在正常配筋和构造情况下，一般可不进行节点抗震验算。
2．柱的砼强度等级为C50～C60时，核芯区可采用不低于柱砼强度0.6倍的砼；采用 (2-1)～(2-4)式验算核芯区的抗压和抗剪承载力，但偏安全考虑可扣除公式中柱纵筋的轴压贡献，且不用考虑核芯区轴压比限制问题。
3．若上述第2条抗剪验算不满足，则加型钢来加强核芯区，按(1-4)式计算，为偏安全考虑可采用梁的砼强度作为核芯区砼的强度，同时按下式控制截面。
（3-1）
（二）工程实践
如温州龙港龙城华府的A1（A2）楼，四层楼面以下砼强度等级：墙、柱C40，梁、板C30；四层楼面～八层楼面砼强度等级：墙、柱C35，梁、板C25。
参考文献：
[1]“钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程”（JGJ3-91）.
[2]“高层建筑砼结构技术规程”（JGJ3-2002）.
[3]“钢筋砼框架节点抗震”，唐九如，东南大学出版社，1989.
[4]“多高层钢筋砼结构设计中疑难问题的处理及算例”，李国胜，中国建筑工业出版社，2004，P83.
[5]“现代高层建筑结构设计”，赵西安，科学出版社，2000，P1499-1501.
[6]“高层建筑结构概念设计”，郁彦，中国铁道出版社，1999，P93-94.
[7]“高强砼柱的梁柱节点处理方法”，程懋堃，建筑结构，2001 No.5P3-5.
[8]“核芯区砼强度低于柱的框架节点受力性能试验研究”，程懋堃，建筑结构，2006 No.6P18-23.
[9]“Building Code Requirements for Renforced Concrete (ACI318-89) and Commentary (ACI318R-89)”，ACI Committee 318.
[10]“Behavior of Columns Continuous through Concrete Floors”Chuan-Chien Shu，Neil M.HawkinsACI Structural Journal，1992，No.4 p405-414.
[11]“Improved Transmission of High-Strength Concrete Column Loads through Normal Strength Concrete Slabs”Peter J. McHarg et al.ACI Structural Journal，2000，No.1 p157-165.
[12]“关于梁柱节点砼强度的几点探讨”何玲，安徽建筑，1999 No.1P78.
[13]“不同强度砼梁板柱节点的抗震性能研究”林仙尔，同济大学硕士论文，2002.
[14]“建筑设计技术细则结构专业”北京市建筑设计标准化办公室，2005，P69-71.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
[关键词]砼框架 节点核芯区 砼强度
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0920080－01
一、引言
在地震作用下，梁柱节点核芯区经受着很大的水平剪力，一般约为柱子剪力的4-6倍 [3]，易产生剪切脆性破坏。目前在大量的高层结构设计中往往会碰到梁柱砼强度等级不同的情况，柱采用高强砼，梁板采用低强砼，而节点核芯区砼等级如何选择，按柱子还是按梁？结合本人硕士论文[13]和最新文献提出个人的解决方案。
二、工程背景和研究现状
梁柱砼强度等级不同时的节点核芯区，在施工中有两种做法：
一种做法是，如文献[5]建议的，梁板和节点区的砼要分别搅拌、分开浇灌。即核芯区的高强砼先浇，然后是梁板的普通砼，不留施工缝。分界线定在距柱边1.5-2倍梁高处,采取插木条临时挡住先浇灌的砼，当后浇砼落入后即抽出木条，通过振捣形成整体。这种办法不受施工单位的欢迎，因为在同一时间内有两种砼要用，而且实际工程常一次搅拌较多量用于节点的砼，在浇注到最后几个节点时可能已超过砼初凝时间，所以对施工质量和管理是不方便的，而且费用和工期上也是不利的。
第二种做法是，梁板和节点核芯区统一用与梁相同强度等级的砼。这种做法有其依据，核芯区虽然采用了较柱子强度低的砼，但该部位因其特殊性又有一些相对上下柱更有利的因素。首先，梁板在核芯区位置对柱提供侧向约束，核芯区不存在受轴压失稳的问题；其次荷载从上下柱传至核芯区时，荷载在梁板楼盖中扩散，从而使核芯区砼应力比上下柱的应力低些，或者说因荷载扩散而使核芯区砼的表观强度提高；此外伸入核芯区的梁板水平钢筋也具有约束作用，可以提高核芯区砼表观强度；除了以上因素，由于上下柱高强砼的存在，核芯区砼表观强度也应较梁板砼有所提高。
上述两种做法分别适用于不同情况，但至于如何在定量上加以区分，在工程设计上有不同处理意见。
一种偏保守的做法是，考虑到国内研究工作和实践经验尚不充分，按老高规[1]的规定处理：梁柱砼强度等级相差不大于5Mpa时按第二种做法，否则按第一种做法。如文献[4]、[5]建议的。
另一种中庸的做法是，考虑到新高规[2]在6.2.7的条文说明中已 “不作具体的规定”，梁柱砼强度等级相差不大于10Mpa时按第二种做法，否则按第一种做法。
还有一种做法是，扩大柱和节点砼强度等级差并给出具体计算公式。如美国ACI318-89规范[9]，提供了夹芯节点在轴压设计方面的一些内容，建议柱和梁板楼盖砼强度之比不超过1.4的夹芯节点可按柱砼强度作为其计算强度，否则应采取如下措施之一：其一，同文献[5]的方法，保持柱砼强度的连贯；其二，在夹芯节点核芯区加插竖向短钢筋或加配螺旋箍筋；其三，对于柱四边均有梁板约束的中节点,节点砼有效强度等于75%的柱砼强度加上35%的梁板砼强度。这些内容用公式可概括为：
若fcc≤1.4fcs，则
（1-1）
若fcc＞1.4fcs且是边、角柱，则
（1-2）
若fcc＞1.4fcs且是中柱，则
（1-3）
式中：fce ---节点砼有效强度；fcc---柱砼强度；fcs---楼板(梁)砼强度。
Shu和Hawkins[10]认为（1-2）式过于保守。提出改进公式
（1-2a）
式中：h ---楼板厚或梁高；c ---柱截面高度。
McHarg等[11]也通过试验研究，认为（1-3）式在某些情况偏于不安全，而加拿大规范CSA Standard的公式：
（1-3a）
偏保守。
关于节点轴压设计，原北京建筑设计院总工程师郁彦也提出一种设计思路。他认为，上下柱受轴压比限制，而节点区柱在侧向支撑的有利因素下不受轴压比限制，但要考虑纵筋轴压贡献后的轴压承载力验算[6]。在“节点轴压比限制”方面，新高规[2]在6.2.7的条文说明中也认为“一般不需验算”。
根据国内的一些试验研究，北京院的程懋堃等[7][8]提出了一种比较完整的设计思路。柱的砼强度等级为C50～C60时，核芯区可采用不低于柱砼强度0.6倍的砼；采用国外轴压情况试验得出的有效强度公式(如(1-1)～(1-3)等式)作为核芯区砼的强度，然后将其代入我国规范公式，验算核芯区的抗压和抗剪承载力，而且不考虑轴压比限制；对于上面验算而承载力不足情况下，增加梁宽或加腋从而加大核芯区面积。在北京的“建筑设计技术细则结构专业”也做了类似论述[14]。
另外安徽电力设计院的何玲[12]提出在夹芯节点内加型钢来加强核芯区，加型钢后的节点抗剪按下式计算
（1-4）
式中：fa ---型钢腹板的强度设计值；tw ---型钢腹板的厚度；hw ---型钢腹板的高度；fc ---柱砼轴压强度设计值。
三、夹芯节点轴压和抗剪设计建议[13]
（一）夹芯层轴压承载力验算
1．边角柱轴压承载力
式中：h ---楼板厚度或梁高；c ---柱截面高度；fcs ---梁板的弱砼轴心抗压强度设计值；fcc ---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；fy ---(穿过节点区的)柱纵筋屈服强度设计值；A，As---柱截面面积，柱纵筋面积；h ---楼盖厚度或梁高。
2．中柱轴压承载力
验算核心区轴压强度是否高于上下柱的设计轴力。式中：fcc ---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；μ ---柱子的设计轴压比； A ---柱子的截面面积。
（二）夹芯节点抗剪验算
式中：V ---节点受到的剪力设计值；fcs---梁板的弱砼轴心抗压强度设计值；fcc---柱子的强砼轴心抗压强度设计值；fyv---（穿过节点区的）柱纵筋屈服强度设计值；A，Asv---柱截面面积，节点抗剪钢筋面积；bj，hj ---节点水平截面的宽度和高度；h ---楼盖厚度或梁高；N---考虑地震作用组合的节点上柱底部轴力设计值，N＞0.5fcA时，取N=0.5fcA；γRE ---承载力抗震调整系数。
由于用于本公式回归的试验都是针对有直交梁约束的空间节点的，故当设计上不考虑直交梁的约束作用时，应在（2-4）式的fcsbjhj上乘一折减系数。按规范，有直交梁节点比没有的情况其砼抗剪承载力乘1.5，因此前面的折减系数可取该系数的倒数(2/3)，但这尚有待于进一步的研究来确定。
四、结论及工程实践
（一）结论
考虑到施工方便，对不同强度砼梁柱节点的设计问题提出如下解决方案：
1．梁柱砼强度等级相差不大于10Mpa时，节点核芯区统一用与梁相同强度等级的砼，在正常配筋和构造情况下，一般可不进行节点抗震验算。
2．柱的砼强度等级为C50～C60时，核芯区可采用不低于柱砼强度0.6倍的砼；采用 (2-1)～(2-4)式验算核芯区的抗压和抗剪承载力，但偏安全考虑可扣除公式中柱纵筋的轴压贡献，且不用考虑核芯区轴压比限制问题。
3．若上述第2条抗剪验算不满足，则加型钢来加强核芯区，按(1-4)式计算，为偏安全考虑可采用梁的砼强度作为核芯区砼的强度，同时按下式控制截面。
（3-1）
（二）工程实践
如温州龙港龙城华府的A1（A2）楼，四层楼面以下砼强度等级：墙、柱C40，梁、板C30；四层楼面～八层楼面砼强度等级：墙、柱C35，梁、板C25。
参考文献：
[1]“钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程”（JGJ3-91）.
[2]“高层建筑砼结构技术规程”（JGJ3-2002）.
[3]“钢筋砼框架节点抗震”，唐九如，东南大学出版社，1989.
[4]“多高层钢筋砼结构设计中疑难问题的处理及算例”，李国胜，中国建筑工业出版社，2004，P83.
[5]“现代高层建筑结构设计”，赵西安，科学出版社，2000，P1499-1501.
[6]“高层建筑结构概念设计”，郁彦，中国铁道出版社，1999，P93-94.
[7]“高强砼柱的梁柱节点处理方法”，程懋堃，建筑结构，2001 No.5P3-5.
[8]“核芯区砼强度低于柱的框架节点受力性能试验研究”，程懋堃，建筑结构，2006 No.6P18-23.
[9]“Building Code Requirements for Renforced Concrete (ACI318-89) and Commentary (ACI318R-89)”，ACI Committee 318.
[10]“Behavior of Columns Continuous through Concrete Floors”Chuan-Chien Shu，Neil M.HawkinsACI Structural Journal，1992，No.4 p405-414.
[11]“Improved Transmission of High-Strength Concrete Column Loads through Normal Strength Concrete Slabs”Peter J. McHarg et al.ACI Structural Journal，2000，No.1 p157-165.
[12]“关于梁柱节点砼强度的几点探讨”何玲，安徽建筑，1999 No.1P78.
[13]“不同强度砼梁板柱节点的抗震性能研究”林仙尔，同济大学硕士论文，2002.
[14]“建筑设计技术细则结构专业”北京市建筑设计标准化办公室，2005，P69-71.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”