圓鋼管混凝土柱—H型鋼梁節(jié)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用

石柏林 陳鵬

杭蕭鋼構(gòu)股份有限公司 310000

摘要：鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)目前在我國(guó)的研究越來(lái)越成熟，應(yīng)用也越來(lái)越多，其中以矩形鋼管混凝土柱在實(shí)際工程中的應(yīng)用最為廣泛，而圓鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相對(duì)較少，其主要制約因素在于圓鋼管柱與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)較之矩形鋼管混凝土柱不夠成熟、且較為復(fù)雜?；诖?，本文對(duì)目前實(shí)際工程中用到的相關(guān)圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行介紹，結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)、制作、安裝等多個(gè)方面，提出較為合理的連接節(jié)點(diǎn)，以供實(shí)際工程設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：圓鋼管混凝土柱；H型鋼梁；節(jié)點(diǎn)

Abstract：The research on the composite structure of concrete filled steel tubular is more and more mature in our country.The application is more and more.Among them，the concrete filled steel tubular column（CFST）with square section is used most widely in practical engineering.But，the application of CFST with circular section is relatively small，the main factor of which is that the connection of H steel beam to CFST with circular section is not mature enough，and more complex.Based on this，this paper introduces the connections of H steel beam to CFST with circular section used in practical engineering.The reasonable connections is put forward，combined with the advantages and disadvantages，consided the economy，design，production，installation，and so on，in order to provide reference for practical engineering design.

Key words：concrete filled steel tubular with circular section；H steel beam；connections

1 概述

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，它始于1879年英國(guó)的Severn鐵路橋橋墩，至今已有 100多年的歷史，在現(xiàn)代土木工程中的使用越來(lái)越廣泛。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中的相互作用，即鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時(shí)，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，可保證其材料性能的充分發(fā)揮，另外，在鋼管混凝土的施工過(guò)程中，鋼管還可作為澆灌其核心混凝土的模板。與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有更為優(yōu)越的抗震性能，諸如高承載力、高延性和耗能能力，還可節(jié)省模板費(fèi)用，加快施工速度。總之，通過(guò)鋼管和混凝土組合而成為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，這也正是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在。

鋼管混凝土柱從其形狀上來(lái)分，主要可分為圓鋼管混凝土柱和矩形鋼管混凝土柱，兩者之間多個(gè)方面均存在不同的差異。圓鋼管混凝土柱與矩形鋼管混凝土柱相比，在多個(gè)方面有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]：

1、軸心受壓時(shí)，承載力高20%左右，用于偏心受壓時(shí)，承載力高也不少于20%；

2、抗彎剛度高20%；

3、抗震性能好，可控制構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比而不限制軸壓比；

4、制造加工比較方便，焊縫少，梁柱節(jié)點(diǎn)采用外環(huán)板時(shí)比較費(fèi)材料，但工作可靠，采用內(nèi)環(huán)板時(shí)，與方鋼管混凝土相同；

5、節(jié)約防火涂料或保護(hù)層13%。

唯一的不足之處是建筑認(rèn)為圓截面對(duì)室內(nèi)空間布置不利。

鑒于此，作者認(rèn)為從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有著很好的實(shí)用性和發(fā)展前景。目前，實(shí)際工程中的應(yīng)用也是越來(lái)越多，其梁柱連接節(jié)點(diǎn)形式也是多種多樣。但在相關(guān)規(guī)范規(guī)程中卻不多見(jiàn)。因此，本文針對(duì)目前實(shí)際工程中用到的相關(guān)圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行介紹，結(jié)合各自的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)、制作、安裝等多個(gè)方面，提出較為合理的連接節(jié)點(diǎn)，以供實(shí)際工程設(shè)計(jì)參考。

2 節(jié)點(diǎn)類(lèi)型

實(shí)際工程中用到的圓鋼管混凝土-H型鋼剛接節(jié)點(diǎn)，主要有2大類(lèi)型：外加強(qiáng)環(huán)板形式、內(nèi)隔板形式，此外還有鋼梁貫通形式，此種由于制作時(shí)較為復(fù)雜，且不適用于兩個(gè)方向均有梁的情況。以上2大類(lèi)型的連接形式也是《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》CECS 28-2012提到的2種主要做法。此外，還有混用的形式，如外環(huán)板+內(nèi)環(huán)板形式。

2.1 外加強(qiáng)環(huán)板

外加強(qiáng)環(huán)板是環(huán)繞圓管柱周?chē)臐M(mǎn)環(huán)，與柱焊接，用以傳遞梁端彎矩。此節(jié)點(diǎn)在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》CECS 28-2012，環(huán)板厚度不宜小于鋼梁翼緣厚度，環(huán)板最小寬度不應(yīng)小于鋼梁寬度的0.7倍。

在實(shí)際工程中，外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)做法主要有3種，詳見(jiàn)圖1。

（a） （b） （c）

圖1 外加強(qiáng)環(huán)板主要節(jié)點(diǎn)形式

圖1（a）中，僅有外加強(qiáng)環(huán)板；（b）中，在（a）的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)環(huán)板；（c）中，在（a）的基礎(chǔ)上增加了豎向內(nèi)隔板。

2.2 內(nèi)隔板形式

內(nèi)隔板是指在柱內(nèi)位于梁翼緣標(biāo)高處設(shè)置隔板，與柱焊接，用以傳遞梁端彎矩。此節(jié)點(diǎn)一般用于直徑較大的圓管柱，主要是需要在柱內(nèi)施焊，如直徑較小，則無(wú)焊接操作空間。根據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》CECS 28-2012，內(nèi)隔板厚度不應(yīng)小于鋼梁翼緣厚度，并預(yù)留排氣孔，澆筑孔直徑不小于150mm。

在實(shí)際工程中，內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)做法主要有2種，詳見(jiàn)圖2。

（a） （b）

圖2 內(nèi)隔板主要節(jié)點(diǎn)形式

圖2（a）中，僅在翼緣處增加內(nèi)隔板；（b）中，在（a）的基礎(chǔ)上增加豎向隔板，此節(jié)點(diǎn)制作時(shí)較為不易，尤其是節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)隔板有超過(guò)2道以上的情況。

以上兩大類(lèi)節(jié)點(diǎn)中，外加強(qiáng)環(huán)板形式，節(jié)點(diǎn)用鋼量較大，尤其是鋼梁較寬的時(shí)候。此外，整塊的外環(huán)板在裝配時(shí)，有較大難度，故而，外環(huán)板必須要進(jìn)行切割，而后才能進(jìn)行節(jié)點(diǎn)板與圓管柱的焊接拼接，無(wú)形之中，增加了焊縫數(shù)量。

而對(duì)于內(nèi)加強(qiáng)環(huán)板，需要在柱內(nèi)進(jìn)行施焊，施焊空間有限，操作起來(lái)沒(méi)有外面方便，另外就是對(duì)于直徑較小的圓管柱，無(wú)法在柱內(nèi)焊接內(nèi)隔板。

3 節(jié)點(diǎn)形式的確定

針對(duì)以上各種圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)形式在工程應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，本文針對(duì)不同的圓管柱截面，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性等方面因素，提出以下不同的節(jié)點(diǎn)形式。