淺論鋼混凝土連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

趙永福，趙煒鵬，孫海濤

(1.新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）,山東 青島266555）

淺論鋼混凝土連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

趙永福1，趙煒鵬2，孫海濤1

(1.新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）,山東 青島266555）

通過(guò)工程實(shí)例，簡(jiǎn)單論述了型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)形式、規(guī)范要求、節(jié)點(diǎn)處理方式、施工注意事項(xiàng)等內(nèi)容，尤其對(duì)非正交型鋼混凝土連接節(jié)點(diǎn)闡述了自己的見解和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于類似工程具有一定的參考價(jià)值。

型鋼梁;型鋼柱;連接節(jié)點(diǎn)

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用也日益廣泛。所謂型鋼混凝土組合構(gòu)件是由混凝土、型鋼、縱向鋼筋、箍筋組成的受力構(gòu)件，主要包括型鋼柱、型鋼梁。梁、柱內(nèi)的型鋼可以采用工字鋼、方鋼、鋼管等形式，這種組合結(jié)構(gòu)可以大大提高梁、柱承載力，減小梁、柱截面，特別適用于大跨度、大空間及高層結(jié)構(gòu)。

本文結(jié)合工程實(shí)例，論述了非正交型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等內(nèi)容。

2 節(jié)點(diǎn)形式

2.1 型鋼梁與型鋼混凝土柱的連接

型鋼梁與型鋼混凝土柱的連接比較簡(jiǎn)單，與鋼框架結(jié)構(gòu)連接相似，主要有梁柱直接連接和懸臂梁段連接兩種方式。筆者建議一般宜用懸臂梁連接，因?yàn)檫@樣施工方便，施工周期短，且懸臂梁與柱的焊接在工廠預(yù)制，這樣可以保證施工質(zhì)量。

2.2 鋼筋混凝土梁與型鋼柱連接

鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱的連接主要采取縱筋直接貫通法、鋼筋混凝土環(huán)梁-抗剪鍵等方式。

縱筋直接貫通方式在型鋼混凝土柱內(nèi)的型鋼截面較小或混凝土梁縱筋較少時(shí)，應(yīng)用比較方便，如果不能滿足以上條件，將在型鋼柱上開較多的孔。這就給施工帶來(lái)了很大的麻煩，因?yàn)殚_孔一般采用機(jī)械鉆孔，在工廠加工時(shí)完成，定位要求非常準(zhǔn)確，如果稍有偏差，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)鋼筋無(wú)法與孔的位置一一對(duì)應(yīng)，容易造成返工和材料的浪費(fèi)。這種節(jié)點(diǎn)要求施工精度高，鋼筋工與型鋼廠必須密切配合，以免給后期施工帶來(lái)麻煩。

如果采用鋼筋混凝土環(huán)梁-抗剪鍵的方式連接，除滿足構(gòu)造要求外，設(shè)計(jì)人員需要核算環(huán)梁的強(qiáng)度、環(huán)梁縱筋的面積等。目前大部分軟件沒有這種計(jì)算模式，因此，需要手工計(jì)算，給設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。

2.3 非正交型鋼混凝土梁、柱連接

對(duì)于正交的型鋼混凝土梁柱連接較為常見，但實(shí)際工程中，往往由于建筑布置需要，型鋼梁與型鋼柱非正交。筆者就遇到了一個(gè)這樣的例子，該工程為直徑為16m的圓形大廳，由于建筑專業(yè)布置，造成廳內(nèi)的型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁非正交。針對(duì)這種情況，筆者在型鋼混凝土梁、柱連接處，鋼柱用鋼板補(bǔ)強(qiáng)。如果型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼設(shè)計(jì)為矩形方鋼，應(yīng)采用圖1所示連接方式[1]。

圖1 型鋼節(jié)點(diǎn)（一）

如果柱內(nèi)型鋼用鋼管，設(shè)外翼緣板與型鋼梁或鋼梁連接，或柱設(shè)計(jì)為鋼管混凝土，與型鋼梁連接時(shí)，可以采用如圖2所示連接。

圖2 型鋼接點(diǎn)（二）

以上兩種方式中：第一種連接方式施工復(fù)雜，型鋼梁未直接與型鋼柱連接，而是靠補(bǔ)強(qiáng)鋼板，傳力不明確，且型鋼混凝土梁的水平縱筋穿柱的次數(shù)較多（由于非正交，有的縱筋要穿兩次翼緣板和兩次腹板），這需要很高的施工技術(shù)提前開孔，對(duì)鋼柱截面損傷較大；第二種連接方式與鋼管柱的連接中施工簡(jiǎn)單，傳力明確，型鋼混凝土梁的水平縱筋需穿鋼管柱次數(shù)較少，降低了施工難度。

綜合比較，筆者建議采用第二種連接，即型鋼柱內(nèi)的型鋼采用鋼管，充分利用鋼管各向性能相同的優(yōu)點(diǎn)，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，傳力直接。

2.4 柱腳的處理

型鋼混凝土柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，筆者建議采用埋入式柱腳，且柱內(nèi)型鋼應(yīng)在基礎(chǔ)埋入部分增設(shè)栓釘，以增加錨固力。如果采用非埋入式柱腳，那么混凝土柱的縱筋必須穿過(guò)鋼柱腳底板，施工麻煩，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，鋼柱底板開孔較多，影響鋼板強(qiáng)度。

2.5 型鋼混凝土梁與型鋼混凝土梁的連接

鋼梁與鋼梁的連接有兩種連接方式，即連續(xù)梁、鉸接梁設(shè)計(jì)。如果采用連續(xù)梁設(shè)計(jì)，應(yīng)采用翼緣焊接，腹板栓接或翼緣與腹板均栓接等方式；如果采用鉸接，那么僅腹板栓接或焊接。并且，無(wú)論哪種連接，型鋼混凝土梁的腰筋應(yīng)穿過(guò)鋼梁的腹板。

3 注意問(wèn)題

3.1 區(qū)分主要的截面模量和慣性矩

鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中，經(jīng)常碰到Wn、W、Wpn、Wp等參數(shù)，為避免混淆，筆者簡(jiǎn)單匯總了這4個(gè)參數(shù)的意義及計(jì)算公式。

Wn用于受彎及拉（壓）彎構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算，是指截面外邊緣（受拉或受壓）處抗彎截面模量，等于In/y，In為凈截面（扣除孔部分）對(duì)中和軸的慣性矩；W用于受彎及拉（壓）彎構(gòu)件穩(wěn)定計(jì)算，是指截面受壓外邊緣處抗彎截面模量，等于I/y；I為毛截面（不扣除孔部分）對(duì)中和軸的慣性矩。

Wpn用于受彎構(gòu)件塑性設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度計(jì)算，等于凈截面（扣除孔部分）對(duì)中和軸的靜矩絕對(duì)值之和；Wp用于受彎構(gòu)件塑性設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定計(jì)算，等于凈截面（不扣除孔部分）對(duì)中和軸的靜矩絕對(duì)值之和。

W和Wn通過(guò)塑性發(fā)展系數(shù)考慮了部分塑性發(fā)展，而Wpn和Wp是截面完全塑性情況下的截面模量。

3.2 極限承載力驗(yàn)算

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）[2]第8.2.8條的規(guī)定：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計(jì)，并應(yīng)進(jìn)行極限承載力計(jì)算；梁與柱連接彈性設(shè)計(jì)時(shí)，梁上下翼緣的端截面應(yīng)滿足連接的彈性設(shè)計(jì)要求，梁腹板應(yīng)計(jì)入剪力和彎矩。梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力，應(yīng)符合式（1）要求：

對(duì)于型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)中的鋼結(jié)構(gòu)連接也應(yīng)滿足這一要求。

解決方案：根據(jù)強(qiáng)連接弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采取如下技術(shù)措施。

3.2.1 在梁上下翼緣處加楔形板

通過(guò)在梁端上下翼緣處加楔形板，增大全熔透坡口焊縫的長(zhǎng)度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

3.2.2 在梁上下翼緣加楔形蓋板

通過(guò)在梁端上下翼緣處加楔形蓋板，增大全熔透坡口焊縫的高度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力，且應(yīng)保證梁翼緣厚與楔形蓋板厚之和應(yīng)小于柱翼緣的厚度。

3.2.3 狗骨法

通過(guò)設(shè)置狗骨式節(jié)點(diǎn)連接方式，削弱梁端的全塑性受彎承載力以達(dá)到滿足規(guī)范的要求。但該種方式計(jì)算復(fù)雜，不能精確確定削弱位置及削弱尺寸，因此筆者建議采用經(jīng)驗(yàn)法，在距梁端0.1梁高處削弱。

【1】JGJ138—2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

【2】GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Discussion on theDesignof SteelConcreteConnection Node

ZHAO Yong-fu1，ZHAO Wei-peng2，SUNHai-tao1
（1.XinjiangPetroleum SurveyandDesign Institut(Co.Ltd.,)Karamay 834000，China；2.ChinaUniversityofPetroleum(HuaDong),Qingdao 266555，China)

In this paper,the main through engineering examples,and briefly discusses the steel reinforced concrete joints design, specificationsand node processing,construction attention items of,especially for non orthogonal type steel concrete connections described theirviewsandexperience,forasim ilarprojecthasacertain referencevalue.

steel;steelcolumn;connection

TU375.1;TU375.3

A

1007-9467（2016）08-0048-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.007

2016-02-29

趙永福（1966～），男，甘肅武威人，高級(jí)工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）827703827@qq.com。