H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接設(shè)計(jì)研究

王海　陳麗英

摘要：鋼結(jié)構(gòu)主次梁一般采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行鉸接，在連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中除應(yīng)計(jì)算承受次梁產(chǎn)生的剪力，還需對連接節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩予以設(shè)計(jì)考量；現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中關(guān)于鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁的連接設(shè)計(jì)無相關(guān)的明確要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，H型鋼一混凝土組合樓蓋的主次梁連接設(shè)計(jì)時對于連接偏心所產(chǎn)生的附加彎矩是否加以考慮均由設(shè)計(jì)人員主觀而定，由于個人理解的不同，導(dǎo)致該類連接節(jié)點(diǎn)的可靠度不同。本文通過H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接設(shè)計(jì)的受力分析和國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解，對此類連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并對設(shè)計(jì)與施工提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：鋼-混凝土組樓蓋；連接節(jié)點(diǎn)；偏心彎矩

中圖分類號：TU398.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2017）08-0249-02

前言

H型鋼一混凝土組合樓蓋的結(jié)構(gòu)形式，具有增加結(jié)構(gòu)整體的抗彎剛度、提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、降低結(jié)構(gòu)層高度等優(yōu)點(diǎn)，目前多應(yīng)用于工業(yè)廠房與民用綜合用房。但是在設(shè)計(jì)過程中現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未對鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)做出明確規(guī)定。本文對于常用的鋼一混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)形式中主次梁連接節(jié)點(diǎn)處H型鋼腹板與加勁板連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對比研究。

1.連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算對比

常見的H型鋼主次梁采用腹板與加勁板螺栓連接方式，如圖1，彎矩示意見圖2。

1.1PKPM軟件程序設(shè)計(jì)

在采用PKPM軟件程序?qū)Υ瘟焊拱逯苯优c主梁加勁板相連的鉸接連接進(jìn)行設(shè)計(jì)時，在對連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量進(jìn)行計(jì)算時，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中的相關(guān)規(guī)定，次梁所生產(chǎn)的支座反力按1.3倍計(jì)算，未考慮支座處產(chǎn)生的偏心彎矩和主次梁是否形成整體等因素。

1.2《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）的計(jì)算方法

根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）的相關(guān)要求，按最不利因素考慮進(jìn)行計(jì)算。

1）在對節(jié)點(diǎn)螺栓抗剪計(jì)算時，還應(yīng)對連接時產(chǎn)生的偏心彎矩進(jìn)行考量，按公式（1）要求確定：

1.3SCSS-H97的計(jì)算方法

查詢“日本鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)連接委員會”編制的《鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)連接》SCSS-H97（H型鋼編），如圖1所示，當(dāng)主次梁腹板與加勁板連接節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接時，應(yīng)考慮傳遞剪力和偏心彎矩的共同作用。在樓面采用混凝土整體現(xiàn)澆樓板時，可不考慮連接節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩作用，如圖4所示。按此規(guī)定，混凝土整體現(xiàn)澆樓板使得主次梁成為整體時，連接節(jié)點(diǎn)處的偏心彎矩由混凝土樓板承受，計(jì)算可得主次梁連接節(jié)點(diǎn)處的螺栓數(shù)量明顯減少.

2.案例分析

2.1設(shè)計(jì)概況

某廠房樓面主梁（H650×250×8×10）按普通鋼梁設(shè)計(jì)（安裝方式按H型鋼一混凝土組合梁），次梁（H390×160×6×8）按H型鋼一混凝土組合梁設(shè)計(jì)，組合梁的翼緣為現(xiàn)澆混凝土樓板，采用PKPM軟件計(jì)算主次梁節(jié)點(diǎn)，未考慮節(jié)點(diǎn)處偏心彎矩，按1.3倍剪力計(jì)算主次梁節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。

2.2不同計(jì)算方式對比

分別采用PKPM軟件程序、《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）和SCSS-H97中的方法對主次梁連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果詳見表1。

如表1所示的三種設(shè)計(jì)方式可以得到如下結(jié)論：

1）在常用的PKPM軟件的計(jì)算程序中，未考慮節(jié)點(diǎn)處偏心彎矩的作用，而僅按1.3倍剪力進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)未采用混凝土樓面將主次梁構(gòu)成整體時，不能保證主次梁連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算的可靠度。

2）當(dāng)采用JSCS（09）進(jìn)行計(jì)算時，同樣未考慮到主次梁在采用現(xiàn)澆混凝土整體樓面時構(gòu)與之成整體并共同作用的情況，計(jì)算得出的螺栓數(shù)量較其他兩種方法的計(jì)算結(jié)果有明顯增加。

3）在采用SCSS-H97中的相關(guān)規(guī)定下計(jì)算結(jié)果表明，連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量有顯著減少，乃是基于偏心彎矩由構(gòu)成整體的現(xiàn)澆混凝土樓板承擔(dān)。

綜上所述，H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時，連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量的計(jì)算方法取決于混凝土樓板與主次梁能否有效的構(gòu)成整體。

3.結(jié)論

H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法的選擇，取決于混凝土樓面與主次梁能否構(gòu)成有效整體。

當(dāng)偏心彎矩由現(xiàn)澆混凝土樓面承擔(dān)時，主次梁連接節(jié)點(diǎn)處的螺栓數(shù)量可顯著減少。當(dāng)主次梁與混凝土樓面構(gòu)成有效整體時，采用PKPM軟件進(jìn)行主次梁連接節(jié)點(diǎn)的計(jì)算是能滿足可靠度要求的。

如果在施工過程中對主次梁的安裝方式不到位或混凝土樓面施工時未能有效與主次梁構(gòu)成整體，則采用PKPM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果無法得到有效的實(shí)施，最終的工程安全性將存在一定的隱患。