鋼筋砼梁-鋼管砼柱特殊節(jié)點環(huán)梁設計

程江鵬

摘要：某交通運輸類建筑使用了鋼管混凝土柱，梁柱節(jié)點采用RC環(huán)梁節(jié)點。本文在分析環(huán)梁的受力機理的基礎(chǔ)上，提出了框架梁梁高或梁梁標高不同、與任意角度的框架梁連接時環(huán)梁節(jié)點的設計思路，以對其他類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土柱;鋼筋混凝土環(huán)梁

1、概述

鋼管混凝土（STCC）柱由于其優(yōu)越的受力性能和良好的經(jīng)濟效益，已越來越多地用于多高層建筑。我國主要采用鋼筋混凝土（RC）梁板樓蓋，STCC柱與RC梁的連接是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。在工程實踐中，STCC柱與RC梁連接方法不斷創(chuàng)新，其中用RC環(huán)梁連接STCC柱和RC梁的節(jié)點具有諸多優(yōu)點：

1）無穿心構(gòu)件，不影響鋼管內(nèi)混凝土澆筑;

2）環(huán)梁鋼筋籠可以在地面綁扎，鋼筋籠無方向性，高空吊裝就位方便，便于與任意角度的框架梁連接;

3）造價相對較低等。

近幾年，我國在城市規(guī)劃領(lǐng)域廣泛開展鐵路綜合交通樞紐項目，由于其建筑形態(tài)多變和大空間等特點，也較多采用鋼管混凝土柱梁板樓蓋結(jié)構(gòu)體系，基于環(huán)梁多樣性及節(jié)點所處位置的不同，在環(huán)梁實際設計過程中，出現(xiàn)一些特殊節(jié)點，本文通過分析環(huán)梁的受力機理，對鐵路綜合交通樞紐工程設計中的特殊環(huán)梁提出設計思路，為其他類似工程的設計提供參考。

2、環(huán)梁受力機理

現(xiàn)行規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)設計理念是“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件”，梁柱節(jié)點的作用主要是傳遞梁柱之間的彎矩和剪力。

1）梁彎矩傳遞

環(huán)梁的環(huán)筋、箍筋形成骨架，共同受力將框架梁彎矩傳遞給鋼管柱?？蚣芰憾藦澗刈饔迷诠?jié)點處形成拉壓力-該拉壓力對節(jié)點而言是扭矩，由于環(huán)梁緊貼鋼管砼柱，節(jié)點受扭引起的轉(zhuǎn)動為有限轉(zhuǎn)動，環(huán)梁內(nèi)部扭矩將大幅減小。拉力由環(huán)梁的環(huán)筋、箍筋共同承擔，壓力由環(huán)梁的砼承擔并傳遞給鋼管砼柱上。

2）梁剪力傳遞

環(huán)梁節(jié)點主要靠三種方式將梁端剪力傳遞給鋼管柱，其一通過抗剪環(huán)的局部受壓、抗剪環(huán)與鋼管間焊縫的受拉傳遞，其二通過環(huán)梁與鋼管的摩擦力傳遞，其三“為梁端彎矩引起環(huán)梁上（或下）部擠壓鋼管混凝土柱而提供的靜摩擦力”。

通過環(huán)梁受力機理的分析，可得出環(huán)梁主要的設計內(nèi)容為三項：環(huán)筋、箍筋及抗剪環(huán)。其中環(huán)筋的配置主要受框架梁實配縱筋控制，抗剪環(huán)的配筋受框架梁剪力的控制，而箍筋的配置則同時受框架梁實配縱筋及剪力的控制。

3）規(guī)范計算方法

《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50936-2014）附錄D中鋼筋混凝土梁-圓鋼管混凝土柱的環(huán)梁節(jié)點配筋計算方法，環(huán)梁受拉環(huán)筋面積與框架梁端受拉鋼筋面積成正比，環(huán)梁單肢箍筋面積在環(huán)筋箍筋材料等級、箍筋間夾角（弧度）γH和閉合箍筋計算系數(shù)相同的情況下，與框架梁端受拉鋼筋面積成正比。

3、特殊環(huán)梁設計

由于工程的多樣性，框架梁所處位置、跨度不盡相同，差別主要表現(xiàn)為梁高或梁標高不同、與任意角度的框架梁連接，以下介紹不同情況下環(huán)梁的設計思路。

1）框架梁梁高或梁梁標高不同

分析環(huán)梁環(huán)筋的受力機理，發(fā)現(xiàn)環(huán)梁主要是承擔框架梁彎矩在梁上（或下）截面產(chǎn)生的拉力。本文認為對節(jié)點周邊梁高或梁標高相差較大，應針對框架梁底部鋼筋所處的不同位置分別配置環(huán)筋，即每處框架梁的底筋對應一道環(huán)筋（如圖2）。環(huán)梁底筋與框架梁底筋沿梁高距離一般為50mm，故建議當框架梁梁高高差或高差大于200mm時，采用本文方法進行環(huán)梁設計，環(huán)梁各層底筋與框架梁底筋間距能保證不小于100mm，環(huán)梁砼的澆筑質(zhì)量也能較好的保證，否則建議框架梁梁高取為一致或調(diào)整結(jié)構(gòu)高差位置。

2）與任意角度的框架梁連接

本節(jié)采用三維有限元分析軟件對與任意角度的框架梁連接的環(huán)梁節(jié)點進行受力分析。環(huán)梁的混凝土等級為C35，縱筋和箍筋均采用HRB400等級，計算采用相應的拉壓強度設計值，具體計算模型參數(shù)及計算結(jié)果如下圖表。

4、結(jié)論

1）環(huán)梁單側(cè)受拉時，環(huán)梁鋼筋最大應力為376MPa，方向平行于懸臂梁方向，與正交（四向）受拉情況鋼筋受拉應力基本相同。因此，現(xiàn)階段按照規(guī)范的設計方法是可靠的。

2）環(huán)梁鋼筋應力分布從內(nèi)而外遞減，設計時可考慮分區(qū)域配筋，對環(huán)梁內(nèi)側(cè)至1/2懸臂梁寬范圍的配筋進行加強。（如下圖）

3）隨著框架梁間斜交的角度減小，環(huán)梁鋼筋應力不斷增大，同時框架梁內(nèi)的鋼筋的偏拉現(xiàn)象越發(fā)明顯，設計時應考慮此現(xiàn)象，在框架梁端兩側(cè)配置一定數(shù)量的受扭腰筋，且應適當增大環(huán)梁的配筋。

本文通過框架梁梁高或梁梁標高不同、與任意角度的框架梁連接時環(huán)梁節(jié)點進行分析，對其他類似工程提供參考。

參考文獻：

[1] GB50936-2014，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 [S].

[2] 方小丹，黃圣鈞，李少云，錢稼茹，周棟梁.RC梁-圓鋼管混凝土柱梁節(jié)點環(huán)梁承載力設計方法. .建筑結(jié)構(gòu)學報，2008年.

[3] 黃昱，黃圣鈞，李少云，錢稼茹，周棟梁.RC梁-圓鋼管混凝土柱梁節(jié)點環(huán)梁承載力設計方法. .建筑結(jié)構(gòu)學報，2008年.