内容介绍：

在《16G101-1》第67页，给出了5种框架柱在顶层端节点的纵向钢筋构造，并要求在施工时根据实际情况组合选用。而在实际操作中，施工人员往往搞不清到底该采用哪种或者哪几种节点构造，不仅带来质量隐患，也不利于成本控制。

本文通过对顶层端节点的受力分析，以阐明5种节点构造的设计原理，让施工人员能把各种构造形式灵活运用在工程项目中，既能保证施工质量，又能提高成本管理水平。

一、顶层框架端节点的受力分析：

1、端节点的基本概念：

顶层框架端节点，指的是框架柱和框架梁在顶层的非中间连接处，分为边节点和角节点，在此的柱通常叫做边柱和角柱，如下图的“边柱”和“角柱”：

在边柱和角柱处，梁柱相交的节点就称为“端节点”。

2、端节点的内力分析：

在静力荷载作用下顶层端节点处及梁端、柱端，主要承受负弯矩及剪力。在地震力作用下左右晃动时，顶层端节点交替承受较大的组合负弯矩和较小的组合正弯矩。

但不管承受何种内力，顶层梁端和柱端的弯矩和轴力总是一样大，如下图：

上图中，柱端A、梁端C、端节点B，三者共同组成了类似于“90°折梁”的构件。在该“构件”中，柱端弯矩Mc总是等于梁端弯矩Mb；柱端轴力Nc等于梁端剪力Vb；柱端剪力Vc等于梁端轴力Nb。

上图是多层框架结构的弯矩图，分析其中数据可以得出以下两个结论：

在楼层端节点，梁端负弯矩总是等于上下柱端负弯矩之和；本层柱端弯矩小于梁端弯矩。因为，梁端弯矩被上下柱共同分担。比如：35.26+21.72=56.98

在顶层端节点，梁端负弯矩总是等于柱端负弯矩，因为没有上层柱来分担内力了，梁、柱在节点处的负弯矩都是41.31。

这和前面端节点内力分析的结果是一致的，即：在顶层端节点范围内的内力大小是一样的。

也可以这样说：梁、柱中内力的传递就是通过“端节点”来实现的，端节点必须有不低于梁和柱承受M和V的能力，在端节点B中的任何截面（Ⅰ~Ⅳ）都能承受同样大的内力，否则框架将崩溃，结构在荷载作用下整体破坏，虽然这是梁柱可能还没有达到承载力极限。

3、端节点的设计原则：

从上面端节点的内力分析可以看出，结构破坏存在三种形式，具体如下：

一是梁端先出现塑性铰，即：梁端先屈服。上面分析的A、B、C内力一致，当柱和端节点截面承载能力大于梁时，会出现这种破坏形式。如下图：

二是柱端先出现塑性铰，即：柱端先屈服。当端节点及梁端的承载力大于柱端时，将出现这种情况，如下图：

三是端节点先出现塑性铰，即：节点先屈服。当柱端和梁端的承载力大于节点承载力时，将出现这种情况，如下图：

哪种破坏形式才是有利于结构抗震、有利于结构安全的呢？

当端节点先屈服时，结构属于“脆性”破坏，建筑物将整体倒塌。此时，梁和柱的承载力均未达到设计值，浪费工程成本，不安全且不经济。

当柱端先屈服时，结构同样属于“脆性”破坏，因为柱子是上下层关联的，柱子破坏属于整体性的，一层柱子破坏将导致建筑将整体倒塌，不安全。

当梁端先屈服时，结构属于“延性”破坏。因为梁是承受每层荷载的，属于局部破坏，不会影响到整栋建筑。其次，梁属于受弯构件，其有一定的延性，即：从屈服到完全破坏有一个过程（开裂、变形、破坏），这将为避免损失预留时间。

因此，钢筋混凝土结构设计遵循：强节点弱构件、强柱弱梁的基本原则。节点最重要，柱次之，梁安全等级最低，只允许延性破坏绝不可脆性破坏。

4、设计意图是怎么来实现的：

首先是怎么实现“强柱弱梁”：

从上面的弯矩图可以看出，既然梁端与柱端的弯矩大小一致，要梁先屈服，只需要把柱弯矩设计值适当增大来进行结构设计就可以了。

通常是在确定柱弯矩设计值时乘以一个增大系数。让柱端弯矩承载力总和大于梁端弯矩承载力的总和就可以了。

其次是怎么实现“强节点弱构件”：

因为有了“强柱弱梁”在前，要让端节点强于柱端或梁端，只需要强于柱端就可以了。

要让节点能够完全传力，节点区域内的配筋不得低于柱，那么在节点内把柱和梁负弯矩筋搭接足够长度即可，柱搭接上梁的钢筋自然大于二者的任何之一。

这就是施工图集中顶层端节点构造的共同原理，是梁柱钢筋进行搭接连接的问题，而不是各自锚固的问题，必须保证此结点为刚性连接而非铰接。其钢筋构造原理与转角剪力墙水平分布筋的构造类似。

二、《16G101-1》第67页中5种构造的原理分析：

如果明白了设计意图，那么就很好理解图集中的5种构造了。

1、柱筋作为梁上部钢筋使用：

梁柱钢筋一体

这种情况，梁柱负弯矩筋共用，梁中有柱，柱中有梁，端节点处的承载能力超过了单独的柱或梁，完全能达到“强节点弱构件”的意图，不论在何种情况下，端节点处都是最后达到承载力极限的。

但这种构造实施起来有一定难度，一是需要柱外侧纵筋与梁上部纵筋数量和间距上匹配；二是在施工中操作起来非常困难，这么长且弯曲的钢筋在连接和绑扎中都很难控制。

在实际工程中几乎不会采用。

2、从梁底算起1.5Labe超过柱内侧边缘：

节点内搭接（超过柱内边）

先不管配筋率的问题，后面单独再说。此构造是常用构造之一，其特点是梁和柱的截面尺寸较小，1.5Labe超过了柱内侧进入了梁中。

这种构造保证了在端节点处梁柱负弯矩筋的搭接长度，根据搭接长度的计算公式：

LL=ξ*La，LL为搭接长度，ξ为搭接长度修正系数，La为锚固长度，在“混规”中有相关规定：

搭接长度计算

端节点因为只有外侧纵筋搭接，搭接百分率是肯定小于50%，此构造采用了1.5Labe应该满足搭接长度的要求。至于为什么是1.5系数，而不是1.4或1.6，估计是综合考虑了搭接百分率和锚固修正系数的结果。如果你有更好的解释，可以告诉我。

3、从梁底算起1.5Labe未超过柱内侧边缘：

节点内搭接（未超过柱内边）

此构造与构造2相似，唯一不同就是因为柱够宽、梁够高，造成1.5Labe未超过柱内侧，端点处于柱中。此时的搭接长度实际上等于max{1.5Labe;梁高+15d}，也能满足梁柱负弯矩筋搭接连接的长度限制。

4、未伸入梁内的柱外侧钢筋锚固：

梁宽范围以外的柱外侧纵筋

施工图集中的2、3构造都是柱外侧纵筋能和梁负弯矩筋搭接的情况，即：它们都在梁截面范围以内。构造4是针对在梁截面范围以外的柱外侧纵筋的构造形式，如下示意图：

边柱示意图

上图为边柱示意图，黑色的柱纵筋为“柱外侧纵筋”，分别编号为1/2/3/4，其余称为柱内侧纵筋。

其中2钢筋和3号钢筋是在梁截面范围以内的，可以与梁上部纵筋“搭接连接”，至于端点是在柱内还是梁内，和柱宽与梁高有关，也就是节点2和3的区别。

1号和4号钢筋不在梁截面范围以内，就需要按4节点来构造，即：伸至柱内边向下弯锚8d。

为什么要弯锚8d？主要是在顶层端节点，钢筋水平段没有上部覆盖物，保护层较薄，而且没有竖向箍筋约束（只有水平的核心箍筋），当承受负弯矩时，该水平段可能向上弹起。

第二层钢筋因为有第一层约束，就不用再向下弯锚8d了。什么情况下才可能出现这种形式的第二层钢筋呢？边柱中这种情况不多见，偶尔会出现在柱纵筋较多的角柱中，如下图：

角柱示意图

上图是角柱的示意图，其中黑色钢筋为柱外侧纵筋，白色为内侧纵筋。这种情况下，1号外侧纵筋无论是向右边还是向下边弯折，都属于第一层钢筋。

当1号外侧纵筋向右边弯折时，5/6号钢筋向下弯折，他们属于第二层钢筋。同理，当1号外侧纵筋向下弯折时，2/3号钢筋向右弯折，他们也属于第二层钢筋。

对于角柱来说，实际上是两个方向边柱的叠加。就上图而言，1/5/6/7钢筋是梁1对应的外侧柱纵筋，应向下弯折；1/2/3/4钢筋是梁2对应的外侧柱纵筋，应向右弯折。但1号钢筋属于两边共用（角筋），只能选择向一个方向弯折。

其中，4号和7号钢筋就是需按第4节点构造的伸至柱内侧向下弯锚8d的情况。也是通常说的“柱自锚”。

另外，由于梁宽以外的柱负弯矩钢筋不论是自锚8d还是锚入厚度100mm以上周边的板中，都不能与梁负弯矩筋实现搭接传力。

因此在规范中才有关于“伸入梁内的柱外侧纵筋不宜少于柱外侧全部纵筋面积的65%”的限制，其意义就是保证有较大比例的钢筋实现搭接传力，保证节点的“刚性”。当然，这个限制主要是给“设计人员”提出的要求，在设计梁柱截面及配筋时要满足这个要求，施工人员按设计施工即可。

5、梁、柱纵向钢筋搭接接头沿节点外侧直线布置：

柱外侧直线连接

这种构造是通常说的“梁包柱”，而前面的2/3/4构造都属于“柱包梁”。“柱包梁”时，梁上部纵筋不伸入梁底下部，便于施工缝的留设和钢筋安装绑扎。

但是，如果梁柱受力纵筋数量较多，搭接接头设置在90°“折梁”范围内，将造成顶部钢筋拥挤，柱筋和梁筋端头都在这个区域内，严重影响钢筋安装及混凝土的浇筑。

因此，在梁柱纵筋数量较多时，宜采用构造5“梁包柱”施工，但由于梁纵筋构造太长，严重增加施工难度，在现实中几乎不会采用。至少是施工人员不愿采用的一种构造。

6、关于柱外侧纵筋配筋率大于1.2%的问题：

以上几种构造都有关于柱外侧纵筋配筋率大于1.2%时的不同构造处理，即：分两批次截断，两批次的间距20d。

就以上图边、角柱为例，设柱纵筋直径均为20mm，柱截面600mm*600mm，则对于边柱而言，柱外侧纵筋的配筋率=S*4/600/600*100%=0.35%，其中S为一根柱纵筋的截面面积。

对于角柱而言，柱外侧纵筋的配筋率=S*7/600/600*100%=0.61%，都和1.2%的配筋率相差甚远。

就600*600的柱截面，柱外侧纵筋达到1.2%的配筋率（全部纵筋配筋率达到1.2%还是不难的），如果是20mm的钢筋要14根，如果是25mm的钢筋也要9根，在一般的房屋建筑项目中是很难达到这个设计标准的，因此几乎不用去考虑配筋率大于1.2%的情况。

三、施工中的注意事项：一般房屋建筑工程中，都设置有地下室，地下室通常都是设计为框架结构。在地下室施工中，一定要明确各种框架柱在顶层的构造形式，否则容易出错，还可能浪费钢筋。在钢筋砼框架结构厂房、教学楼等公共建筑中，设计为框架节点的占比更大，端节点的构造更是质量管理和成本管理的重点内容之一。因为施工图集中存在多种选择，一定要在施工前与设计人员沟通，在构造节点的选择上多方征求意见，不要按经验施工，往往容易出错，不但浪费材料还会增加施工难度。顶层端节点的纵向钢筋较多，在钢筋配料时要分层计算柱纵向钢筋长度，否则在顶部钢筋在同一个截面上会“打架”。应采取不同的高度下料，而不是野蛮施工，随意截断柱纵向钢筋。广联达软件中节点设置“顶层边柱C-1”和“顶层边柱C-2”其区别就在于配筋率是否大于1.2%，“C-1”对应的是柱外侧纵筋配筋率大于1.2%，“C-2”对应的是柱外侧纵筋配筋率小于1.2%。通常默认的设置为“顶层边柱C-2”节点大样，但这个节点设置还不能完全与实际的施工节点构造匹配，如果发现与图集出入较大时，应手动计算顶层端节点的钢筋用量。广联达软件中可以自动判定“边角柱”，是加快建模的快捷功能。总结：框架结构的设计遵循“强节点弱构件”、“强柱弱梁”的基本原则。框架柱和框架梁的节点属于“刚性连接”才能有效传递梁端和柱端的内力，即：在节点范围内能承受梁端或柱端的弯矩和剪力，不会造成节点产生变形或位移。框架顶层端节点的构造就是为了保证节点的“刚性”而出发的，在节点内的受力钢筋不仅仅要满足锚固长度的要求，还要满足搭接长度的要求。只有梁柱负弯矩筋搭接稳固，才能保证节点传力的可靠性。框架顶层端节点构造就是梁柱纵筋的搭接构造，根据搭接接头的位置可以分为三种类型：梁柱钢筋一体（图集大样1），在90°折梁范围内搭接（图集大样2/3/4），沿柱外侧直线布置（图集大样5）。各种构造适用不同的情况，但在实际施工中，通常都是采用的“90°折梁范围内搭接”。其他两种主要是钢筋施工难度太大，一般很少采用。