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解析开展化学工业厂房钢筋混凝土框架节点抗震设计的必要性

2020-02-25 317 上传者：管理员

摘要：文章基于对当前化学工业厂房设计概况的理解和掌握，对框架节点中抗剪强度的影响因素展开了分析和探讨，以此提出了框架节点开展抗震设计的策略，旨在更好地设计框架节点并增强化学工业厂房抗震性。

关键词：
化工厂房
抗震设计
框架节点
钢筋混凝土
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1、当前化学工业厂房设计的概况

现阶段，化学工业厂房通常会因其工艺方面的需求以及化学介质具有腐蚀性等特点，把混凝土钢筋框架这一结构设计成厂房的主体，从而对更大的荷载进行承受，增强化学工业厂房结构自身耐蚀性，为操作空间与设备的布置奠定良好基础，也让化工装置操作需求得到更好的满足。但是，很多化学工业厂房的设计过程中没有重视对框架节点开展抗震设计，也未意识到框架节点震害产生的巨大威胁，因此有必要分析框架节点中抗剪强度的影响因素，然后采取对框架节点开展抗震设计的有效策略。

2、在框架节点中抗剪强度的影响因素

2.1 柱轴的压力

通常来讲，柱轴的压力为作用于框架节点部位的上部结构轴力。大量实验表明，受到地震、竖向荷载的作用时，即使梁柱的节点存在复杂受力情况，剪力、压力也依然是其主要的受力。框架节点部位受到剪压的作用，柱轴增加压力会使混凝土压力快速降低，特别是轴压力较高的情况下，受压部分混凝土压力会大于轴心部位抗压的强度，让框架节点部位的混凝土加快破碎挤压。

2.2 配箍率

化学工业厂房的震害研究表明，其框架节点受破坏的原因主要在于框架节点部位箍筋较少或是没有箍筋。受到剪压的作用以后，若配箍率低、箍筋不多，则无法约束核心的框架节点部位，让混凝土降低自身抗剪强度并产生斜裂缝与破碎挤压等。同时，纵筋没有较好的侧向约束，也易导致脆性剪切破坏。

2.3 混凝土的强度

如果使用的混凝土强度低于c25等级，则强度等级相对较低，此时，受水平剪力的作用，框架节点容易出现较高的平均剪力，加快框架节点裂缝的产生速度，引起混凝土的碎裂情况，并对框架节点部位框架梁纵筋实际锚固情况产生影响。与此同时，受水平剪力的作用，框架节点部位和框架梁纵筋处的混凝土将会退化粘结力，使纵筋出现滑移，不利于梁端形成塑性铰，并导致强柱弱梁最终失效。

3、对框架节点开展抗震设计的策略

从以上的分析中可以发现，化学工业厂房的多层混凝土钢筋对地震进行抵御的过程中，框架节点是极为重要的一个环节。某化学工业厂房所处地区为八度近震，其多层混凝土钢筋框架抗震等级为2级与2级以上。出于工艺流程方面的需求，该化学工业厂房的立面与平面大多不规则。各个楼层的设备都存在较大的荷载变化，楼层有很高的高度且不同楼层的层高各不相同，化学腐蚀介质有较大的侵蚀性。在这种情况下，对框架节点开展抗震设计就变得十分重要，相关人员在设计的过程中，应将框架节点自身的抗剪强度提升当作主要切入点，使薄弱的抗震环节得以全面消除，具体的策略如下。

3.1 柱轴压力的控制

在控制框架节点时，可以根据N/hcbcfc的公式对其轴压比进行确定，这样能够让框架节点充分提升自身抗剪强度。其中，hc是柱截面处于验算方向时当前的高度，bc是柱截面处于验算方向时当前的宽度，而fc是设计的轴心抗压强度值。若轴压比处在0.3至0.5的范围中，那么十分有利于框架节点提高自身抗剪强度。若轴压比超过0.5，那么伴随轴压比不断增加，框架节点会快速降低自身抗剪强度，这时，配箍率的提升并不能使框架节点改善抗剪强度表现出显著效果。由此能够得出，在设计过程中，对于化学工业厂房可以把设备荷载承受能力强的楼层或是厂房底层的框架节点控制于0.4至0.5的轴压比，此时的轴压比最为合理，一旦轴压比无法充分符合抗剪强度要求，则工作人员可以通过混凝土强度提高、柱截面面积增加等多种途径加以适当调整。

3.2 增强四边梁的交叉约束

针对角柱与边柱的框架节点，应确保配箍率超过百分之一，同时选取复合井字箍筋。与此同时，对于角柱不但要运用复合井字箍筋，而且每隔一根都应新添菱形的箍筋，以此来让核心框架节点部分提升抗剪强度。

3.3 确保混凝土强度

为了对框架节点开展有效的抗震设计，需要确保混凝土强度的合理性，正确地进行混凝土的选取[1]。在化学工业厂房中，多层混凝土的钢筋框架需要使柱、板与梁的混凝土强度超过c25等级。若化学工业厂房的楼层中，设备存在较大的荷载，要想让框架柱增加承载能力，不但要调整好柱截面的整体面积，而且还应让柱的混凝土具有c30以上的强度等级。与此同时，应对柱和框架节点两个部位混凝土的具体强度等级加以考虑，确保二者强度等级相近或是基本一致，二者强度等级差距应低于5兆帕。

3.4 配箍率的提高

提高配箍率也是对框架节点开展抗震设计的一个有效策略，化学工业厂房在提高配箍率的过程中，应保证合理性与经济性。根据我国的抗震设计相关建筑规范，应借助最小体积限制的配箍率对核心框架节点部分的配箍数展开控制。在设计的过程中，需要使用多种类型的箍筋方法来让框架节点提高自身抗剪强度。整体来讲，体积控制的合理、经济与否对于配箍率存在巨大的影响。在表1中，列举了化学工业厂房常见矩形截面框架节点的配箍。

表1 化学工业厂房中常见矩形截面框架节点配箍

从表1我们能够得出，复合井字箍在框架节点提升配箍率方面最具合理性与经济性，可以让箍筋在直流段的无支长度大大减少，增强核心框架节点部分的混凝土侧压承受均匀性，因此设计人员在设计中可优先选取。相比之下，常规箍筋在框架节点提升配箍率方面的合理性与经济性最低，其矩形箍仅能从转角的四个区域向混凝土施加侧压力。与此同时，钢箍在直线段的上面有可能存在外鼓情况，无法发挥较好的约束性，设计人员在设计中应尽可能少地选取。除此之外，框架节点横梁与纵梁、柱的纵向钢筋表现为三向交叉，且钢筋分布相对密集，因此在框架节点部分进行箍筋配置难度较大。如果封闭复合箍完全不能放进去，应通过U型的两个箍套入、成对地焊接，且长度应为箍筋直径的五倍，从而让框架节点能够符合其配箍率的规定。

3.5 增强耐蚀性

在对化学工业厂房框架节点抗震设计的同时，还应增强混凝土钢筋耐蚀性。设计人员在设计中，应按照化学腐蚀介质不同的作用条件、浓度与性质等，结合国内防腐蚀设计的相关建筑规范，充分实施各种混凝土钢筋外表面防护举措，并对混凝土钢筋耐蚀性进行重点考虑。应通过对水泥用量、水灰比的合理控制，让混凝土增强自身的密实度，从而使其中性化速度得到控制，显著地增加其耐蚀性实际效果。针对混凝土c25至c30，水灰比应保持在0.5至0.4之间，水泥的用量应为每立方米360kg，平均的用水量为每平方米170kg。另外，可在水泥原有用量不减少的前提下，通过适当减水剂的添加让混凝土钢筋增强自身密实度，以此来让混凝土钢筋提高自身耐蚀性。

4、结语

总而言之，研究对化学工业厂房框架节点开展抗震设计的策略具有重要的意义。相关人员应对当前化学工业厂房设计的概况有一个全面了解，把握框架节点中抗剪强度的影响因素，能够通过柱轴压力的控制、增强四边梁的交叉约束、确保混凝土强度、配箍率的提高、增强耐蚀性等途径对框架节点开展有效的抗震设计，从而让化学工业厂房框架的结构提高抗震性，充分满足各方面使用需求。

参考文献：

[1]李俊杰.化学工业厂房的钢筋混凝土框架节点的抗震设计探析[J].天津化工,2013,27(05):61-62.

周玉凡.化学工业厂房钢筋混凝土框架节点抗震设计分析[J].化工管理,2019,(25):193-194.