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上世纪80年代,北京市建筑设计研究院、东南大学、西安冶金建筑学院等23个单位成立了框架节点研究专题组,并于1992年编制了《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》(CECS43:92)。但是随后的10多年来,钢筋混凝土装配整体式框架在我国的应用与研究都很少。随着经济实力的提高和科学发展观的要求,近年来钢筋混凝土装配整体式框架又被重新提到议事日程上来,但以往的一些研究成果已经不能满足新形势、新技术的要求,特别是框架节点与连接的研究更显得重要。
本文是在对万科企业股份有限公司创新研究部委托的研究项目《钢筋混凝土装配整体式多层框架住宅》和以武汉万科城市花园一期东2区3号楼6层住宅为工程背景进行理论分析和试验研究的基础上完成的,主要研究内容如下:
1.对钢筋混凝土装配整体式多层框架住宅提出了结构方案,包括柱的拆分。钢筋连接,柱与柱的连接,以及框架节点方案等,并指出了钢筋混凝土装配整体式多层住宅的特点;
2.在柱与柱的榫式接头中,创造性地提出了用钢管混凝土榫头代替钢筋混凝土榫头的构造方案,并进行了5个钢管混凝土榫式柱接头、1个整浇柱的试验。通过试验研究,表明采用钢管混凝土作榫头的榫式柱接头的受力性能是可靠的,与传统钢筋混凝土榫头相比,具有制作方便、不易损坏及安装方便等优点:同时推导出了榫式柱接头正截面承载力计算公式;
3.提出了在框架节点中钢筋采用滚轧直螺纹连接的建议。试验表明,钢筋连接采用以往的冷挤压套筒和焊接都会有很大的内应力和变形,同时给出了采用滚轧直螺纹时应注意的问题;
4.进行了1个带楼板齿槽式中柱节点、1个带楼板整浇中柱节点的试验。试验研究及分析表明,齿槽式梁-柱接头方式受力性能可靠,可以应用于装配整体式框架结构中;试验也表明,楼板对梁负弯矩承载力的贡献不容忽视。有限元分析表明,板内平行于梁长方向的配筋是主要影响因素之一;
5.论述了基于损伤、基于能量和基于位移的结构抗震设计方法,并对背景工程钢筋混凝土装配整体式多层框架的抗震性能进行了评估;
6.对编制《钢筋混凝土装配整体式多层框架住宅设计规程》提出了建议,认为柱的接头宣布置在受力较小的柱反弯点附近,以高于楼面1.0m处左右的位置较好;梁-柱接头可采用齿槽式接头方式,可布置在节点核心区外侧;钢筋的连接应以不产生附加应力的连接方式为好:给出了装配整体式框架的施工及拼装工艺;同时认为采用本文所提出的柱-柱、梁-柱及钢筋连接方式的装配整体式混凝土多层框架的抗震性能与现浇框架基本相似,可应用于抗震设防烈度不大于8度的多层住宅中。