钢筋的锚固、连接与节点构造.doc

1、 钢筋保护层厚度1.1、混凝土保护层的作用：1）保证钢筋的锚固：2.2、 钢筋的机械锚固： (详混规第9.3.2条)当受拉钢筋的直线锚固长度所需的位置不够时，可以采用机械锚固形式，规范推荐了三种机械锚固措施。图a所示加135弯钩，靠弯钩内侧对混凝土的局部压力和弯钩尾部斜直段外侧混凝土对弯钩的“板直”趋势的约束效应来提高锚固能力。此种机械锚固端周围应有相应的箍筋或有足够厚度的混凝土，否则，混凝土会因弯弧对混凝土所引起的劈裂力过大而大面积剥落。图b、c所示的锚固措施则是靠钢板或短钢筋内端对混凝土的局部压力来提高锚固能力。混凝土结构中钢筋能够受力是由于其与周围混凝土之间的粘结锚固作用，混凝土保护层越厚，则粘结锚固作用越大。规范中受力钢筋的锚固长度是以混凝土保护层度不小于钢筋的直径为条件确定的。l 结构设计说明中虽然特别注明了“受力钢筋保护层厚度不小于钢筋直径”，但在实际施工中往往没有做到，应注意。2）耐久性：混凝土的碱性环境使包裹在其中的钢筋表面形成钝化膜而不易锈蚀。但是碳化和脱钝会使钢筋遭受锈蚀，碳化的时间与混凝土的保厚层厚度有关，一定的钢筋保护层厚度是结构耐久性所必需的条件。3）受力构件截面的有效高度： 从锚固和耐久性的角度，钢筋在混凝土中的保护层应该越大越好，然而从受力的角度而言，则正好相反。l 因此，确定混凝土保护层厚度应综合考虑锚固、耐久性、截面有效高度三个因素。在能保证锚固和耐久性的条件下尽可能取较小的保护层厚度。1.2、混凝土保护层最小厚度的规定及影响因素：l 混凝土保护层最小厚度根据不同情况分别对待，详混规第9.2节。1）环境类别的影响2）构件类型的影响： 板墙壳类与大气只有一个接触面； 梁、柱类棱角部位受力钢筋与大气有两个接触面，碳化和有害介质的入侵更容易，因此最小保厚层厚度适当增加；对结构安全影响更大的柱类构件，保厚层厚度较梁类加大。 基础考虑处于地下水影响的潮湿环境； 预制类构件由于工厂化生产，预制构件的混凝土质量容易得到保证，因此保护层厚度适当减低。 附助钢筋的保护层箍筋、构造钢筋、分布筋。1.3、保护层的其他构造要求1）露天悬臂构件：处于二、三类环境中的悬臂板，其上表面应另作水泥砂浆保护层或采取其他保护措施。2）厚保护层的表面要求： 当保护层厚度大于40mm时，应对保护层采取有效的防裂构造措施，常用办法是在构件的表面配置焊接或绑扎的细钢筋网片。3）混凝土结构的防火要求；4）100年使用年限时的耐久性要求。 2、钢筋的锚固详混规第9.3节；高规第6.5节2.1、钢筋锚固机理：l 混凝土结构中钢筋能够受力是由于它与混凝土之间的粘结锚固作用，因此锚固是混凝土结构受力的基础，保证钢筋的锚固是混凝土结构设计中的重要内容。1）粘结锚固力的构成：钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用由胶结力、摩擦力、咬合力及机械锚固构成。咬合力表现为钢筋对混凝土咬合齿的挤压力，是锚固作用的主要成分。2）锚固强度、锚固刚度：l 钢筋的锚固强度和刚度由拉拔试验测定。 钢筋拉拔时，在钢筋与混凝土界面上存在沿钢筋长度方向的抗拔能力。“粘结应力”即单位钢筋面积上的作用剪力；“粘结强度”即为剪应力上限，或者说沿钢筋长度方向的界面抗剪强度。粘结应力沿钢筋表面传给混凝土，并在锚固段周围的混凝土中形成主应力场，此主应力场不是平面的，而是三维的。若钢筋锚固长度过短，除去钢筋可能因粘结破坏而拔出外，还可能将其周围的混凝土沿主压应力迹线拉裂，甚至拉出，形成“局部拉脱”破坏。（如图示）钢筋拉拔时，埋入混凝土的一段长度钢筋表面的粘结能力把拉力有效地传入混凝土，抗拔出能力和抗拔出刚度（指滑出量不能过大）称为“锚固强度”、“锚固刚度”。3）影响粘结锚固的因素： 混凝土强度的影响混凝土强度越高，咬合齿越强，握裹层混凝土的劈裂就越不容易发生，故粘结锚固作用越强。 保护层厚度混凝土保护层越厚，对锚固钢筋的约束越大；咬合力对握裹层混凝土的劈裂越难发生，粘结锚固作用越强。当保护层厚度大到一定程度，混凝土不会发生劈裂破坏，而会发生咬合齿挤压破碎引起的刮犁拔出破坏。 钢筋的外形钢筋的外形决定了混凝土咬合齿的形状，因而对锚固强度影响很大。 锚固区域的配箍锚固区箍筋可加大混凝土的约束。 第一种是由梁、柱纵筋的钢筋拉（压）力传入节点的部分所引起的在核心区混凝土形成剪力流承担剪力。此剪力流将引起核心区混凝土双向受力（一拉一压），随着地震反复作用，核心区将交叉开裂，原由混凝土承担的主拉应力，将改由平行受力方向的节点水平箍肢和节点正面及背面竖向柱筋承担，而主压应力仍由核心区混凝土承担。此受力机构称为“桁架机构”。随着受力的正、反交替，梁、柱筋的粘结逐步退化，“桁架机构”所承担的节点剪力比重也逐步下降。（如图示） 另一种是由梁、柱端的混凝土压力在核心区混凝土的相应对角线方向（在一定宽度）形成“斜压杆区”，起承担相应部分节点剪力的作用，构成“斜压杆机构”。随着桁架机构的退化，斜压机构的受力上升，是节点区的主要抗剪机构。（如图示）l 试验表明，节点水平箍筋对节点核心区的约束作用，提高了核心区斜压混凝土的抗剪能力称为“约束机构”。这种“约束机构”对节点抗震能力发挥着非常重要的作用。另在“桁架机构”中，节点区箍筋的水平箍肢能承担由剪力流所引起核心区混凝土的主拉应力。可见节点区的水平箍筋对节点的抗震性能是非常关键的。6.2、框架中间层端节点的受力特性l 保证梁筋水平锚固段长度不论对于非抗震还是抗震中间层端节点都是非常关键的。框架中间层端节点因为只有一侧有梁，所以在地震作用占主导地位时，一个方向的地震作用会引起较大的梁端负弯矩（地震负弯矩和重力负弯矩叠加），而另一个方向的地震作用，此时由于地震作用产生梁端正弯矩，与重力作用的梁端负弯矩叠加，则会引起很小的梁端负弯矩或绝对值较小的梁端正弯矩。与中节点一样，其节点受力机构为：“桁架机构”由梁筋水平锚固段和柱筋贯穿段经粘结传入节点核心区的剪力仍将在核心区形成剪力场，受力机理同中节点。“斜压杆机构”原理同中间层中节点。不同之处在于，中节点处仅由梁、柱端的混凝土压力形成“斜压杆”，端节点核心区的“斜压杆”构成如下：当柱截面足够大梁纵筋采用直锚时，节点核心区的“斜压杆”仅由梁、柱端的混凝土压力形成；当梁纵筋采用90弯锚并按规范要求构造时，梁纵筋90弯弧和竖直尾段传入核心区的“弯弧力”（对混凝土的压应力），将参与构成节点核心区的“斜压杆”。同样，核心区水平箍筋也将形成“约束机构”。l 综合以上三点可以看出，中间层端节点的受力在处理好梁上下纵筋的锚固前提下，与中间层中节点的受力规律和抗剪机构是相同的，只不过端节点只有一侧有梁，所以作用剪力相对偏小，这对节点的抗震性能是有利的。l 从以上分析可知，当梁上下纵筋的锚固需采用弯锚时，应向节点内弯折，这可使节点的抗剪机构较为合理、顺畅。若将梁上部纵筋向上弯入上柱、下部纵筋向下弯入下柱，这种作法不仅对节点受力无益，而且弯入上、下柱的梁筋弯弧会对上、下柱端的混凝土形成附加水平压力，会在上、下柱端形成附加裂缝，增大该区域内柱箍筋的拉力，不宜采用。若确有必要采用时，应充分考虑此不利影响。6.3、 框架顶层中节点的受力特性 顶层中节点根据地震作用的大小形成两种典型受力状态：1）一种是当地震作用相对较小时，左、右梁端均为负弯矩，一侧弯矩大（地震弯矩与竖向荷载弯矩同号叠加），另一侧弯矩小（地震弯矩与竖向荷载弯矩异号叠加后仍为负弯矩），这时柱上端截面抵抗的是左、右梁端的弯矩差，故弯矩值一般不太大，柱剪力与两侧梁中的轴拉力和轴压力平衡，柱轴压力与左、右梁端剪力平衡，节点核心区受力一般不太大。此时节点核心区的受力机构为，由梁筋、柱筋锚固段的粘结效应在核心区形成剪力场及节点的水平箍肢、正背面柱筋构成“桁架机构”。2）一种是当地震作用较大时，一侧梁端由地震弯矩与同号竖向荷载弯矩叠加形成负弯矩，另一侧由地震弯矩（正弯矩）与竖向荷载负弯矩叠加形成比另一侧梁端弯矩绝对值小的正弯矩，这时柱上端截面要平衡左、右梁端的弯矩之和，故弯矩值较大。此时节点核心区的受力机构有“桁架机构”、 “斜压杆机构”。l 由于上端无柱上部梁筋贯穿节点段的上面只有一层混凝土保护层，随着梁筋应力增大，柱顶混凝土保护层会剥落。l 柱筋的锚固，柱纵筋无论是否弯折必须伸至柱顶。当采用带90弯折的锚固方式时，为避免水平尾段在柱顶的拥挤，可将四角柱筋斜向向内弯，而把柱宽内部柱筋弯向四边的梁内。 6.3、 框架顶层端节点的受力特性1）顶层端节点根据地震作用的大小及平衡原理，会分别受梁端、柱端组合负弯矩和正弯矩的作用。梁、柱端负弯矩作用下的受力状态是顶层端节点的主要受力状态。2）顶层端节点在负弯矩作用下的传力机构有“桁架机构”、“斜压杆机构”。注意：桁架机构形成的主拉应力和斜压杆机构的压应力总是垂直的，斜压杆从左上至右下。2） 顶层端节点在正弯矩作用下，梁上部和柱外侧钢筋受压，梁下部和柱内侧钢筋受拉。由钢筋的粘结效应形成剪力场构成“桁架机构”，梁、柱端截面混凝土受压区压应力，在与柱内侧和梁下部钢筋锚固端的拉力（包括弯折尾段对混凝土的压力）合成后，将形成从左下至右上的斜压区构成“斜压杆机构”。7、板钢筋的锚固板是结构的水平构件，承受并传递竖向荷载，无论是单向板还是双向板、单跨板还是连续板，其受力特性为：跨中承受正弯矩；当为约束支座时，支座承受负弯矩（包括连续板中间支座）。故从受力角度考虑，板筋在支座处的锚固：板面筋按受拉锚固；板底筋锚固同简支支座的梁底筋。由于现浇板相对于梁而言在其截面内作用的剪力较小，多数情况下都能满足V28mm的受拉钢筋和d32mm的受压钢筋不允许采用搭接连接，是因为缺乏工程经验和试验考察，也因为接头过长。6）必须注意，对有抗震设防要求的地区，竖向构件钢筋的搭接位置不应设置在楼板上一定高度范围此处是柱的预计塑性铰出现的位置，应避开此范围。详03G101图集。l 钢筋“搭接”和“锚固”问题的识别：“搭接”是钢筋的一种接头方式，即在钢筋重叠的搭接接头范围内，一根钢筋将其所受的拉力或压力通过粘结效应经混凝土较均匀地传给另一根钢筋，它实现的是钢筋与钢筋之间的传力。而“锚固”则是钢筋经锚固长度将其拉力或压力经粘结效应传给锚固区的混凝土。在实际工程中有些情况可能需要对到底是属于“锚固”问题，还是属于“搭接”问题作出识别。 梁、柱钢筋的接长是属于钢筋的连接；（详03G101竖向构件纵筋的连接） 框架顶层端节点梁（面筋）、柱（外侧筋）负弯矩钢筋是搭接连接； 竖向构件纵筋伸入基础属钢筋的锚固。 框架中节点柱，若能确认节点上部柱下端截面作用弯矩总是与节点下部柱上端截面作用弯矩反号，也就是一侧柱筋在节点以上为受拉时，节点以下的该柱纵筋总为受压，或反之。则这时从概念上说是锚固问题，上、下柱筋可分别按锚固长度伸入节点。（如图示）（注：对有抗震设计要求情况，由于地震作用方向的不确定性，不宜考虑） 框架中节点柱，若能确认节点上、下端截面作用弯矩可能同号，即同一侧柱筋在节点上、下同时受拉或受压，则钢筋就只能按搭接接头处理。（如图示）且按规范接头应设在节点以外并避开柱的预计塑性铰出现的位置详03G101图集。 3.1、 钢筋的机械连接1）机械连接的传力机理：钢筋的机械连接是通过连贯于两根钢筋外的套筒来实现传力，套筒与钢筋之间的过度是通过机械咬合力。其形式可分为：钢筋横肋与套筒的咬合在钢筋表面加工出螺纹与套筒的螺纹之间的传力；或者在钢筋与套筒之间灌注高强的胶凝材料，通过中间介质来实现应力传递。机械连接的主要型式有：挤压套筒连接、锥螺纹套筒连接、镦粗直螺纹连接、滚轧直螺纹连接。2）机械连接接头的等级：根据钢筋机械连接接头的传力性能，按相关规程分级。分级的依据是：强度、刚度、延性、恢复性能、疲劳性能。3）机械连接的应用 钢筋的机械连接虽然相对比较简便，但与整体钢筋相比性能总有削弱。应遵守混规第9.4.6条、9.4.7条、9.4.8条的相关规定。4）预应力钢筋的连接 未来的预应力构件将淘汰冷加工钢筋，采用中、高强钢丝、钢铰线为受力钢筋，这些高强预应力钢筋必须用“预应力筋用连接器”实现受力钢筋之间的内力传递。3.2、 钢筋的焊接1）焊接传力的机理钢筋的焊接接头是利用电阻、电弧或者燃烧的气体加热钢筋端头使之熔化并用加压或填加熔融的金属焊接材料，使之连成一体的连接方式。钢筋的焊接主要有： 闪光对焊将钢筋放置成对接形式，利用电流通过被焊钢筋端部，在接触点处产生大量热能，局部熔化金属，同时对结合点施加轴向压力使钢筋连接的一种压焊方法。 电弧焊利用电弧产生的高温，熔化钢筋端部及焊条，填充在接头焊缝内形成焊接接头而使钢筋连为一体的一种熔焊方法。 电渣压力焊将钢筋放置成竖向对接形式，利用电流通过渣池（焊剂）产生的电阻热将钢筋端部熔化，再施加压力使钢筋焊为一体，是一种压焊方法。 气压焊利用氧气和乙炔燃烧的火焰为热源，使被连钢筋端头达到热塑状态再施加压力使钢筋顶锻成一体的一种压焊方法。 点焊电阻点焊，将钢筋放置成交叉叠接型式，压紧于两电极之间，利用电阻热使接触点的金属熔化而合为一体的一种压焊方法。 埋弧压力焊主要用于预埋件钢筋焊接，是一种压焊方法。l 在实际工程中常遇到的有：电阻点焊、闪光对焊、电渣压力焊、电弧焊。2）焊接连接的特点焊接接头的最大优点是节省材料、接头成本低、接头尺寸小，基本不影响钢筋间距、保护层厚度及施工操作。由于是通过焊缝直接传力，故不存在刚度和恢复性能问题，在质量能保证的情况下是理想的连接形式。但存在以下主要缺陷： 干扰质量稳定性的因素太多焊工水平、气候、环境、施工条件。 焊接热量可能会引起钢筋性能变化高温有可能会引起金相组织变化，焊接区冷却后的收缩也可能导致钢筋内应力、甚至引起断裂。 某些焊接质量缺陷难以检查虚焊、夹喳、气泡、内裂缝及有环境温度变化引起的内应力等缺陷。3）焊接连接的应用焊接连接适用于各类热轧钢筋；各类冷加工钢筋不宜采用；碳当量大于0.55的钢筋不能焊接，即所有用作预应力配筋的高强钢丝、钢铰线不能焊接。l 焊接连接的钢筋，其性能低于整体钢筋，应遵守混规第9.4节相关规定。 4、梁钢筋的锚固4.1、梁简支支座的钢筋锚固：1）梁简支支座处理论上讲弯矩等于零，其上部纵向受力钢筋应力也应接近零。在许多情况下，梁按简支计算但梁端实际受到部分约束，梁端部还会产生负弯矩，仍应配置上部负弯矩钢筋，且按受拉钢筋锚固，锚固长度la。2）简支梁和连续梁简支端的下部纵筋，从理论上讲在支座处即无正弯矩，也无负弯矩，纵向钢筋应力也应为零，但实际不尽然。首先，支座以外的梁底纵向受力钢筋仍是有应力的，其向支座内沿伸的部分应有一定的锚固长度，才能在支座边建立起承载所必需的应力。其次，尽管简支支座处负弯矩较小，但正是剪力最大部位。由于弯矩和剪力的共同作用，容易在支座附近的区域内产生弯剪斜裂缝，斜裂缝底部纵向钢筋有可能承担斜裂缝顶部截面相应的弯矩。经试验研究及分析，当支座截面有可能产生斜裂缝时，伸入支座的纵向受力钢筋锚固长度las应不小于0.35倍的la。且锚固长度与支座边截面的剪力有关，详混规第10.2.2条。l 对于有抗震设防要求的结构，次梁（非框架梁）为楼层水平构件，只承受并传递竖向荷载，不承受水平荷载，钢筋锚固同非抗震次梁。l 简支圆弧梁（非框架梁）上、下纵筋均按受拉钢筋锚固。4.2、连续梁中支座的钢筋锚固： 连续梁中间支座上部钢筋为受拉钢筋，一般情况下，中支座处的上部梁筋都是贯通支座，即拉通布置，梁筋伸向跨中到规范允许的位置连接。下部筋按简支端V0.7ftbho的情况锚固。详03G101图集第65页。4.3、 框架梁的纵筋锚固：详混规第10.4.1条、第10.4.2条；高规第6.5节4.3.1、框架梁纵筋在中间层端节点的锚固l 梁筋在框架边柱中的锚固是保证梁与柱连接的重要措施，因此，对钢筋的锚固强度和锚固刚度都应重视。l 注：以下叙述中锚固长度均以la描述，抗震设计时为laE 。1）梁上部筋锚固：、 当柱截面尺寸足够大时采用直线锚固方式，锚固长度不应小于la，且伸过柱中心线不宜小于5d这是因为考虑到框架分析是以梁、柱轴线为准的，形成这种锚固形式从经验角度看对传力更有效。同时，从形成节点的传力机构“桁架机构”，也不宜过短。（“桁架机构”详后叙）、 当柱截面尺寸不够大，放不下梁筋的直线锚长时，采用带90弯折尾段的锚固方式，此时，梁纵筋应伸至节点对边并向下弯折，且水平投影段长度不应小于0.4la，竖直投影段长度为15d，（不再要求总锚固长度不小于受拉锚固长度la）试验表明，这种锚固方式的主要锚固能力是由拉拔端到弯弧起点的水平锚固段的粘结效应提供的，竖直段的锚固能力只有在水平段滑移变形很大时才起作用。当水平锚固段足够长时，弯弧及以后的尾段基本不受拉（只作为后备措施考虑）。当水平锚固段过短时，因水平段向拉拔端滑动，易发生锚固区混凝土的局部拉脱式破坏；若弯弧侧边的混凝土不够厚，则可能因弯弧对其内侧混凝土的局部压力过大，而把弯弧侧边表层混凝土压爆裂；此时钢筋尚未达到设计应力，由于“锚固刚度”不够而丧失锚固能力。l 试验表明，采用带90弯折尾段的锚固方式，当水平投影段长度不小于0.4la，竖直投影段长度为15d时，既能满足“锚固强度”，又能满足“锚固刚度”。l 试验表明，钢筋90弯折的弯弧半径若过小，则对弯弧内混凝土的压力过大，引起混凝土的局部受压破碎，故规范及图集对此弯弧半径作出了规定。2）梁下部筋锚固：其锚固原则同中间层中柱节点。 当为受压钢筋时，按受压锚固处理。(当边柱尺寸不能满足受压钢筋直线锚固长度时，设计中应根据具体情况采取措施)。 当不考虑受力（设计中不利用该钢筋）时，按梁端简支支座V0.7ftbho情况处理。 当为受拉钢筋时，同梁上部钢筋锚固方式。若采用带90弯折尾段的锚固方式，下部梁筋的竖直尾段应向上弯入节点。当梁上、下部纵筋均需采用弯锚时，下部梁筋的水平段稍取短些。l 虽然非抗震设计的框架梁不承受水平地震力，但仍需承受水平风荷载。由于风荷载的反向特性，使两端弯矩反向，故框架梁上、下部纵筋均宜按受拉钢筋锚固。标准图集03G101对非抗震框架梁纵筋均按受拉钢筋锚固。4.3.2、 框架梁纵筋在中间层中柱节点的锚固1）梁上部筋锚固： 一般情况下，中柱（中支座）处的上部梁筋都是贯通节点，即拉通布置，梁筋伸向跨中到规范允许的位置连接。l 中柱两侧上部梁筋的受力情况分为： 当柱两侧作用的负弯矩相等或相差不大，贯穿中柱的梁筋段基本上处于平衡状态，需要在贯穿段钢筋表面平衡左、右拉力差的粘结应力为零或很小，故设计中可不作任何考虑。 当柱两侧作用的负弯矩相差较大时，在设计中的两种做法是：一种是按弯矩较大一侧确定梁上部筋，然后将全部钢筋贯穿布置；另一种是计算出两侧钢筋数量，将其中相同部分贯穿布置，将一侧多出部分按梁筋锚入边柱节点构造处理。 当贯通布置的钢筋在柱左、右侧边截面处的实际作用拉力不等时，相差的拉力就都要由贯穿段上的粘结应力来平衡，这时贯穿段实际上起着拉力大一侧梁上部筋锚固长度的作用。应注意，当一侧拉力大而贯穿长度（即中柱截面高度）不大时，实际起锚固作用的长度已延伸到对边梁内。2）梁下部筋锚固： 当不考虑受力（设计中不利用该钢筋）时，按梁端简支支座V0.7ftbho情况处理。 当为受拉钢筋时，同边节点梁上部钢筋锚固的规定；下部纵向钢筋也可伸过节点或支座范围，到对边梁中规范允许的位置连接。 当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，按受压锚固处理，下部纵筋锚固在中节点内，直线锚固长度不应小于0.7la; 下部纵筋也可伸过节点或支座范围，到对边梁中规范允许的位置连接。4.3.3、框架梁纵筋在顶层中柱节点的锚固框架梁纵筋在顶层中柱节点的锚固构造同中间层中柱节点的锚固要求。l 框架梁纵筋在顶层边柱节点的锚固，由于其节点受力的特殊性，应与框架柱纵筋锚固统一考虑。5、框架柱纵筋的锚固：详混规第10.4.3条、第10.4.4、第10.4.5条；高规第6.5节l 柱的纵向钢筋不宜中断传力，因此，在中间层的中节点及边节点处均不应切断柱纵筋，而应贯穿节点，即使有接头，其连接区也应设置在节点区域以外。故在中间各层不存在纵筋的锚固问题，均为钢筋的连接，详03G102图集。5.1、框架柱纵筋在顶层中节点的锚固框架顶层中节点，左、右梁端传来的不平衡内力将由下柱承受，故柱顶纵筋按受拉钢筋锚固。 当梁截面高度足够大，采用直线锚固，锚固长度满足受拉锚固要求，并伸至柱顶。（原理详第6节框架节点受力机构） 当梁截面高度不能满足直线锚固要求时，采用带90弯折尾段的锚固方式，其原理同梁上部纵筋在中间层边节点的锚固。考虑到柱角纵筋粘结环境偏差，要求竖直段伸至柱顶并0.5la，水平弯折段为了便于布置钢筋，减为12d。5.2、框架柱纵筋在顶层边节点的构造l 框架柱顶层边节点的内侧柱纵筋的锚固同顶层中节点的锚固。？节点处梁、柱纵筋的搭接长度不同于一般受拉钢筋的搭接要求！5.2.1、框架顶层边节点的受力状态在竖向荷载作用下，顶层端节点处总是受负弯矩作用；在水平荷载作用下，可能受正弯矩作用，也可能受负弯矩作用。当水平荷载相对竖向荷载较小时，此时竖向荷载作用下的负弯矩大于水平荷载作用产生的正弯矩，则端节点处总受负弯矩作用；当水平荷载较大时，则端节点处受较大的组合负弯矩和不太大的组合正弯矩作用。忽略梁、柱中不大的轴力影响，接近顶层端节点的梁段和柱段与节点区一起可视作一根90折梁。则无论是在负弯矩作用下，还是在正弯矩作用下，都必须保证折梁中任何截面都具有足够的抗弯能力。（如图示）5.2.2、梁、柱纵筋的锚固原理试验和分析表明，只要把柱内侧纵筋和梁下部纵筋按受拉锚固在节点内，就可以保证过“折梁”弯折区内任一截面抗正弯矩的能力。而要保证“折梁”弯折区任一截面的抗负弯矩能力，就必须使经过节点外边缘的纵筋在任何一个截面中都能抵抗在负弯矩下形成的拉力，也就是节点外缘的钢筋必须从受拉力的意义上不能中断。理论上，理想的作法是把柱外侧纵筋经节点弯折伸入梁上边作为梁的抗负弯矩受拉筋（如图示），实际工程中难以实现，较为主动的办法是在这里设柱外侧筋与上部梁筋的搭接接头。5.2.3、端节点的受力特征满足混规第10.4.5条条件下试验节点区主要受力特征在节点负弯矩作用下，梁、柱端受拉筋拉力一部分以粘结应力方式传入节点上边缘，另一部分（主要部分）则传至弯折钢筋弯弧段，并转换为弯弧段内侧的径向压力传入内侧节点区混凝土，以斜压力形式传入节点。受压区钢筋的压应力以粘结应力方式传入节点内，受压区混凝土压应力形成一斜向压应力合力传入节点。故节点中存在两种传力机构，一种是由梁端、柱端四个边缘的钢筋经粘结效应传入节点的周边剪应力所形成的斜向主应力场；另一种是由梁、柱端一部分钢筋拉力经弯弧段所形成的对核心区混凝土的斜压力，并与压区混凝土的斜向压合力平衡，形成“斜压杆机构”。这也是节点区的主要受力机构。（如图示）5.2.4、节点区破坏形态：1）节点区混凝土斜向压溃：试验表明，当梁、柱端受拉钢筋数量相对过高时，节点核心区易发生混凝土的斜向压溃。为避免端节点发生斜压失效，应控制梁、柱端受拉钢筋量，故混规第10.4.5条对梁端上部纵筋作出了限制。l 特别强调：在一般的受弯构件中，当混凝土的相对受压区b不满足时，可以通过增设受压钢筋来减小（双筋梁），但是顶层端节点是否斜向压溃只与梁柱受拉钢筋数量有关，增加受压钢筋不起任何作用，这也是规范限制条件不用表示，而用钢筋面积As表示的理由。2）弯弧内侧混凝土的局部受压失效：试验发现：当弯弧半径过小时，则可能发生弯弧内混凝土的局部受压破碎。防止的办法就是不使弯弧半径过小，对此混规第10.4.5条作出明确规定。（详03G102图集中对梁、柱纵筋弯折要求）3）主弯弧侧边表层混凝土的剥裂：当梁、柱受拉钢筋相对偏多，弯弧半径偏小时，由于主弯弧给其内侧混凝土的局部压力较大，虽未导致混凝土的局部压碎，但因内侧混凝土的横向膨胀，而使侧边表层混凝土较大面积剥落。虽不会象局部压碎那样使节点失去承载能力，但也会明显使节点承载能力下降。防止的办法也是不使弯弧半径过小，详混规第10.4.5条。4）当设置的搭接接头过短时，因搭接接头失效引起的节点失效。为保证“折梁”任一截面都具有与梁端、柱端截面相同的抗弯能力，钢筋的搭接必须满足混规第10.4.4条。5.2.5、梁、柱纵筋的搭接详03G102图集第37、43、55、56、58、59页。l 梁、柱筋的搭接长度是根据试验得出的。 规范给出两种搭接方式：梁内搭接，柱顶搭接。主要根据施工缝的留设位置不同而区别。 梁内搭接：（如图示）当浇筑混凝土的施工缝设置在梁底附近时，钢筋搭接只能在梁的高度范围实现，此时梁、柱筋均有弯折段（梁筋伸至柱边向下弯折至梁底），由于存在弯折段的有利影响，搭接长度区不小于1.5la。伸入梁内的柱纵筋不得少于65，梁宽以外的柱外侧纵筋有两种作法：当有现浇板且厚度80mm、板混凝土强度等级C20时可伸入板内，搭接长度与梁宽范围内的柱筋相同；当不满足以上条件时，梁宽以外柱筋应在柱顶弯折沿柱顶伸至柱内边截断，若处在柱顶第一层（最外层）钢筋位置，还应在柱内侧向下弯折，弯折长度不小于8d。因为试验证明此柱筋不向下弯折8d，在节点梁、柱负弯矩作用下的负曲率较大时（变形较大），柱纵筋水平段会向上弹起。l 有时节点截面尺寸很大，而梁、柱筋配筋率和直径相对较小，因此按1.5la算，柱筋尚不需伸入梁内，这种情况是允许的，但柱筋仍宜弯折后伸到柱内侧。 柱顶搭接：当浇筑混凝土的施工缝可以设置在柱上部梁底截面以下时，钢筋搭接可以在柱顶范围解决。此时，搭接区段基本为直线段，且处于高应力区，梁筋下伸的搭接长度不小于1.7la。l 当梁上部纵筋配筋率或柱外侧纵筋配筋率1.2时，为避免刚度突变，钢筋分两次截断。l 在框架梁、柱节点区均应按混规第10.4.6条设置箍筋。 6、框架节点受力机构：刚接框架梁、柱连接的实体区称为节点，其中梁、柱筋以内的实体区又称为“核心区”，同时，也常把节点以及与其相邻的梁端、柱端和相邻的现浇板称为“接头区”。6.1、框架中间层中节点的受力特性l 框架中间各层中节点在框架中从节点数量上说占的比重较大，受力条件又比中间各层端节点严苛。1）非抗震情况下，竖向荷载在中间层中节点两侧的梁端都将形成负弯矩，风荷载参与组合后，这一基本格局不变，只不过左右梁端弯矩差距加大，此时，上下柱端弯矩之和与左右梁端弯矩之差相平衡，所以柱端弯矩一般不是太大，节点受力如图示，在节点区形成的水平和竖向剪力很小。2）在强震作用下的框架中间层中节点，因地震弯矩在组合弯矩中所占比重加大，所以将形成以一侧梁端弯矩为负，另一侧梁端弯矩为正（或反之）的局面，此时，上下柱端弯矩将与左右梁端弯矩之和相平衡，所以柱端弯矩较大，节点受力如图示，此时节点受力比较严峻，在节点区形成两种主要的受力机构。 l 机械锚固虽然能满足锚固承载力的要求，但难以保证锚筋的锚固刚度。即当机械锚头充分受力时，往往引起很大的滑移和裂缝，因此，需要一定的水平锚固长度与其配合，共同受力，以控制变形和裂缝。另，由于机械锚固的锚固挤压力较多地集中在锚头附近，锚固区的混凝土容易破碎，故应加以约束。详混规第9.3.2条。l 机械锚固仅用于直锚情况。2.2、 受压钢筋的锚固 (详混规第9.3.3条) 混凝土构件中受压钢筋同样存在锚固受力问题，这些钢筋也应通过锚固长度把所受的压力逐步传入锚固区内的混凝土。与受拉钢筋的锚固相比，受压钢筋的锚固有两个有利条件：一是钢筋受压后的镦粗效应加大了钢筋与混凝土之间的粘结效应；二是钢筋锚固段末端以远如果有较厚的混凝土，则钢筋末端面对混凝土有顶压力，其反作用力将增大受压钢筋的锚固能力。因此，受压钢筋的锚固长度可以减小，规范取0.7受拉钢筋的锚固长度。l 贯穿式受压钢筋（即钢筋端头无混凝土）锚固试验表明，由于没有钢筋端头面的顶压阻力，锚固长度至少要0.85la，在工程中若出现在钢筋末端顶压面以外只有很薄混凝土的情况，应给予足够关注。l 在实际工程中，竖向构件往往承受反向水平力作用，纵筋可能受拉，又可能受压，锚固长度按受拉钢筋控制。l 所有对锚固长度的修正的条件对受压钢筋同样适用。l 受压钢筋在压力作用下容易压曲，因此需要更强的侧向约束，锚固长度范围内的配箍及保护层厚度必须予以保证。l 对于受压钢筋，弯钩及贴焊锚筋等机械锚固措施往往造成偏心受力。因此，对HPB235级钢筋，受压时不设弯钩；对带肋钢筋（HRB335、HRB400、HBB400），受压时不应采用机械锚固。l 受压钢筋应采用直锚。2.2、 受拉钢筋的锚固长度： la非抗震；laE抗震l 钢筋锚固长度是通过试验测得的。l 抗震锚固长度较非抗震适度加长主要是考虑在拉、压交替受力条件下粘结性能有一定退化。l laE抗震与la非抗震的关系： 一、二级抗震等级 laE1.15la 三级抗震等级 laE1.05la 四级抗震等级 laE1.00la1）确定锚固长度方法取周边保护层厚度等于钢筋直径（这也是我国规范规定混凝土保护层厚度不小于纵筋直径的原因），周边箍筋用量为规范最低值通过试验测得。2）抗拔试验表明，当锚筋周围混凝土厚度均大于4.5d时，不加箍筋也不会产生劈裂破坏。3）在钢筋的整个锚固长度上，各位置（或钢筋个截面）的拉应力不同，滑移量也不同，因此粘结应力自然也不相同。2.3、 锚固长度修正在实际工程中，由于锚固条件和锚固强度的变化，锚固长度也应作相应的调整。（详混规第9.3.1条） 粗直径钢筋的修正当钢筋直径大于25mm，其锚固长度修正系数为1.1； 涂层钢筋的锚固长度试验表明涂层使钢筋的锚固强度降低20，其锚固长度修正系数为1.25； 施工扰动修正其锚固长度修正系数为1.1； 保护层厚度修正带肋钢筋与混凝土之间的咬合力与保护层厚度有关。混规规定：带肋钢筋在锚固区的混凝土保护层厚度大于钢筋直径的3倍且配有箍筋时，其锚固长度可乘以修正系数0.8。当柱筋伸入单独基础时，周围虽然可能没有箍筋，但因混凝土很厚，工程界根据此款也允许将柱筋锚长减为0.8la。（对于此条03G101图集未反应，应用此条应慎重） 配筋余量的修正钢筋的基本锚固长度是按充分利用钢筋强度（fy）的条件确定的。在实际工程中，锚固钢筋的实际应力小于设计应力，规范取设计所需钢筋截面面积与实际配筋面积的比值作为钢筋余量的修正系数，对锚固长度加以缩减。对抗震设计的结构和直接承受动力荷载的结构，不得采用此修正。对于此条的采用应谨慎！ 注：第条在标准图集中已考虑；第条根据工程实际情况考虑。l 锚固长度的修正系数可以连乘，但出于构造要求，为保证锚固的强度及刚度，规范规定受力钢筋的锚固长度不应小于基本锚固长度的0.7倍，且不应小于250mm。2.2、 钢筋的机械锚固： (详混规第9.3.2条)当受拉钢筋的直线锚固长度所需的位置不够时，可以采用机械锚固形式，规范推荐了三种机械锚固措施。图a所示加135弯钩，靠弯钩内侧对混凝土的局部压力和弯钩尾部斜直段外侧混凝土对弯钩的“板直”趋势的约束效应来提高锚固能力。此种机械锚固端周围应有相应的箍筋或有足够厚度的混凝土，否则，混凝土会因弯弧对混凝土所引起的劈裂力过大而大面积剥落。图b、c所示的锚固措施则是靠钢板或短钢筋内端对混凝土的局部压力来提高锚固能力。