高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法初探

【摘要】在高層的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)鋼管混凝土以及相關(guān)的構(gòu)件有著嚴(yán)格的要求，尤其是在近年來，梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了許多新型節(jié)點(diǎn)模式，使得梁柱節(jié)點(diǎn)更加的簡(jiǎn)單、節(jié)約。因此，本文就高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法上展開分析與研究。

【關(guān)鍵詞】高層；鋼管混凝土；梁柱節(jié)點(diǎn)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化城市建設(shè)取得了明顯的成果，在城市中不斷有新的高層建筑出現(xiàn)，這一情況也促使著高層建筑在施工設(shè)計(jì)上的新要求，尤其是在高層的梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上，會(huì)通過鋼管混凝土的構(gòu)造來保證建筑的抗震能力、承重能力等各方面性能。

1、高層梁柱節(jié)點(diǎn)的種類

1.1穿心鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)

相比于非穿心節(jié)點(diǎn)來說，穿心節(jié)點(diǎn)在施工的過程中需要更多的步驟，而因?yàn)橛写┬慕Y(jié)構(gòu)可以將梁一端的力直接傳到的中心的混凝土部分當(dāng)中，這樣的設(shè)計(jì)可以有效的提升整個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的剛度以及抗震能力。而在穿心鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)中也分成半穿心型鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)以及全穿心型鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，而這一分類的關(guān)鍵就在于內(nèi)部的穿心結(jié)構(gòu)是否穿過了混凝土結(jié)構(gòu)。同時(shí)在鋼管內(nèi)部澆灌混凝土也會(huì)受到穿心結(jié)構(gòu)的影響，而半穿心結(jié)構(gòu)則受影響較小。在穿心結(jié)構(gòu)中，通?？梢允卿摻睢㈠^定板、鋼制承重銷等材料[1]。而在這樣的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，由于會(huì)使用大量的鋼制材料，所以對(duì)于焊接的質(zhì)量有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，例如像鋼制承重銷這樣的節(jié)點(diǎn)穿心構(gòu)件，通常都是需要在加工工廠進(jìn)行專門的加工，其成本也比較昂貴。在穿心節(jié)點(diǎn)中，一般按照穿心構(gòu)造會(huì)分成牛腿穿心鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)、內(nèi)加強(qiáng)環(huán)穿心節(jié)點(diǎn)、鋼筋穿心節(jié)點(diǎn)、錨定板穿心節(jié)點(diǎn)、十字板穿心節(jié)點(diǎn)。

1.2非穿心梁柱節(jié)點(diǎn)

這種非穿心節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上比穿心節(jié)點(diǎn)的施工更加的簡(jiǎn)便，其具體的結(jié)構(gòu)也比較單一，通過焊接在鋼管外側(cè)的鋼制強(qiáng)化環(huán)或者是牛腿結(jié)構(gòu)將剪力以及彎矩傳送出去。如果在梁柱節(jié)點(diǎn)上還有鋼筋混凝土的環(huán)梁時(shí)，這一結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)承載剪力有一定的作用。而在這種節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中由于沒有煩穿心結(jié)構(gòu)所以在抗壓方面造成的影響相對(duì)較小。因此非穿心梁柱節(jié)點(diǎn)更多的用于層數(shù)較多的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，由于在鋼管內(nèi)沒有其他的結(jié)構(gòu)可以直接使用頂部澆筑法進(jìn)行施工。在非穿心梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，可以分成外加強(qiáng)環(huán)型梁柱節(jié)點(diǎn)、環(huán)梁節(jié)點(diǎn)、變寬度單梁式節(jié)點(diǎn)、雙梁節(jié)點(diǎn)。

2、高層梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則

在高層的建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的梁柱節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)上需要保證安全性能，因此在高層建筑中進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循五個(gè)原則。首先，在設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的位置應(yīng)當(dāng)有一定的剛度以及承重性，形成柱強(qiáng)梁弱，節(jié)點(diǎn)最強(qiáng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。其次在節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)上需要使用一定的計(jì)算模型，在考慮鉸接以及剛接的過程中，要有著明確的選擇。再次，高層的梁柱節(jié)點(diǎn)需要在內(nèi)力的傳送上符合一定的標(biāo)準(zhǔn)，力的傳送既要有明確的途徑又要方便穩(wěn)定。第四，在滿足前三條原則之后，選擇的節(jié)點(diǎn)要盡量的便于施工，最后在節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能的降低鋼材的消耗。

3、高層梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

3.1梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求

首先是對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)中需要保證節(jié)點(diǎn)有著一定的抗震能力，達(dá)到“大震不倒，小震不壞”的標(biāo)準(zhǔn)。在小震的情況下，節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)發(fā)揮彈性的作用，而在大震的情況下，節(jié)點(diǎn)的抗震能力應(yīng)當(dāng)起到塑性體的狀態(tài)。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)部位出現(xiàn)強(qiáng)力振動(dòng)的情況下，節(jié)點(diǎn)部位會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度較高的剪力，這就要求節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上要有一定的剪力承載能力。

其次，是在節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)上的要求，在構(gòu)造上，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)出良好的傳力效果，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，有著較高的整體性能，安全性格符合標(biāo)準(zhǔn)，便于施工等。施工時(shí)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)方案相一致，符合設(shè)計(jì)中的連續(xù)變形要求以及靜力的相對(duì)平衡要求。禁止在鋼管結(jié)構(gòu)上進(jìn)行套箍，避免對(duì)鋼管內(nèi)部造成撕裂力[2]。

3.2高層梁柱節(jié)點(diǎn)的承載能力計(jì)算

首先是對(duì)水平方向的剪力承載計(jì)算，剪力的計(jì)算數(shù)值需要根據(jù)國(guó)家的抗震力度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，在構(gòu)造上可以分成四個(gè)大的抗震能力層次。在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的弱彎強(qiáng)剪的結(jié)構(gòu)要求，確保在梁柱發(fā)生彎曲時(shí)出現(xiàn)的剪力破壞，鋼筋的結(jié)構(gòu)使得對(duì)鋼管的厚度以及管直徑等有著一定的要求，通過計(jì)算得出相應(yīng)的內(nèi)力值數(shù)。其次是節(jié)點(diǎn)的縱向上的剪力承受能力的設(shè)計(jì)，當(dāng)剪力經(jīng)過鋼制加強(qiáng)環(huán)之后，會(huì)將剪力傳送向鋼管，接著擴(kuò)散到鋼管上下的混凝土部分上，這樣的過程使得在整個(gè)節(jié)點(diǎn)上形成了一個(gè)剪力傳送區(qū)域。在剪力的傳送區(qū)域中抗剪力的程度會(huì)受到傳送區(qū)域長(zhǎng)度的影響，而長(zhǎng)度則由鋼管的外部情況，剪力的程度以及連接剪力構(gòu)造所決定[3]。在設(shè)計(jì)的角度上來講，剪力的傳送區(qū)域不能超過桿件的最小的截面大小。

3.3高層梁柱節(jié)點(diǎn)在抗彎能力上的設(shè)計(jì)

梁柱節(jié)點(diǎn)的抗彎能力主要是節(jié)點(diǎn)中心部分的梁柱頂端形成梁弱柱強(qiáng)的設(shè)計(jì)，在對(duì)鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)上，梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)考慮在最嚴(yán)重的軸力情況中，節(jié)點(diǎn)的抗彎性能需要高于在一個(gè)平面上各個(gè)梁上的彎矩總和。

3.4結(jié)構(gòu)處理措施

在高層的梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，需要確保在最大的內(nèi)力下，高層的梁柱不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)的轉(zhuǎn)角，在梁軸力以及彎矩都通過連接結(jié)構(gòu)傳遞到鋼管混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)減少鋼管混凝土承受的拉力，避免對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)造成撕裂性的破壞。

結(jié)論：

總而言之，在我國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展中，高層建筑正在迅速的發(fā)展起來，在對(duì)于高層建筑的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有較強(qiáng)的抗震能力和承重能力。同時(shí)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的高層建筑中更加的符合我國(guó)的建筑工程的實(shí)際情況，在未來的高層建筑中應(yīng)當(dāng)有著更加廣泛的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉志全.鋼管混凝土及鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]羅杰.圓鋼管混凝土柱-H形鋼梁梁柱連接鑄鋼節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究[D].天津大學(xué)，2015.

[3]銀加恩.附加鋼筋對(duì)鋼—混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)受力性能影響研究[D].鄭州大學(xué)，2014.