淺述型鋼混凝土梁柱節點構造與應用改進

王華洪 董事爾 黨鵬飛 任紅軍

(1、2、3.西南石油大學土木工程與建筑學院 四川 成都 610500；4.中國石油四川銷售分公司 四川 成都 610500)

引言

型鋼混凝土組合結構由于其使用功能好、施工快捷、造價低、性能好等優點，在實際工程中得到了較為廣泛的應用。近年來對型鋼混凝土組合結構構件的研究較多，也日趨成熟，但對節點研究較少。節點是連接梁和柱的關鍵部位。梁和柱的內力通過節點傳遞，因此節點工作的安全可靠是保證結構正常工作的前提。同時節點處于壓彎剪復合應力狀態，受力比較復雜。因此研究并弄清楚節點的受力性能、破壞機理，使節點設計得傳力明確，計算可靠，構造合理是十分重要的。同時，為保證組合結構的梁柱節點區混凝土的密實性，節點的連接構造還應做到構造簡單，便于澆筑混凝土，確保梁端型鋼部分的應力能可靠地傳遞到柱型鋼。

1 型鋼混凝土梁柱構件組合型式

型鋼混凝土構件是在混凝土中主要配置型鋼，也配置構造鋼筋及少量受力鋼筋。配鋼的形式主要有實腹式型鋼和空腹式兩大類。實腹式型鋼主要有工字鋼、槽鋼及H型鋼等。空腹式配鋼是由角鋼構成的空間桁架式的骨架。梁型鋼和柱型鋼翼緣用焊接或螺栓連接。當為焊接時，應保證焊接質量，符合鋼結構規范的規定。當為螺栓連接時，應考慮螺栓孔對型鋼削弱的影響。

型鋼混凝土結構中常遇見三種梁節點的組合形式：

(1)型鋼混凝土梁-型鋼混凝土柱的節點連接；

(2)鋼梁-鋼混凝土柱的節點連接；

(3)鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱的節點連接。

型鋼的連接形式要易于混凝土的澆灌，保證節點區混凝土的密實性，柱中型鋼和主筋的布置應為梁中主筋穿過留出通道。梁中主筋不應穿過柱型鋼翼緣，也不與柱型鋼直接焊接。型鋼腹板部分應設置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不應超過腹板面積的20%。

圖 1型鋼混凝土梁與柱節點

節點型鋼部分的連接形式，分為柱翼緣貫通形和梁翼緣貫通形。采用柱翼緣貫通形時，應在梁翼緣位置設置加筋肋。各種連接形式的特點如下：

(1)水平加勁肋形式：應力傳遞平順合理，是型鋼節點的常用連接形式，但由于有水平加勁肋的存在，使混凝土的澆筑產生一定的困難，應采取相應的構造或從施工工藝解決的措施(如圖 1（a））。

(2)水平三角加勁肋形式：改變了形式1中混凝土澆筑困難的條件，但是應力的傳遞比形式1差[9]。三角加勁肋使柱子腹板產生較大的應力集中，應進行有關的驗算(如圖1（b））。

(3)垂直加勁肋的形式：混凝土易于澆筑，但翼緣的應力，要通過柱翼緣和垂直加勁肋傳遞，應力傳遞不直接，性能不如前兩種形式。

(4)翼緣貫通形式：將型鋼柱翼緣切斷后焊在貫通的梁翼緣上，其傳遞應力性能和形式1大致相同，因此應力傳遞沒有什么問題，但同樣存在混凝土澆筑困難的問題。

2 型鋼混凝土梁柱節點連接型式與構造要求

型鋼混凝土梁柱節點的連接，均宜采用柱型鋼貫通型，型鋼混凝土柱內型鋼截面形式和縱向鋼筋的配置應便于梁內縱向鋼筋貫穿節點。在型鋼混凝土組合結構中，根據梁柱節點連接型式的不同，可以分為三類：

（1）型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁的連接。一般情況下，梁內型鋼與柱內型鋼在節點內應采用剛性連接。節點內梁、柱型鋼的連接構造（如圖 1（a）、圖 2）應滿足《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）[8]的構造要求。為了保證梁端內力更好地傳遞，還應沿高度方向，在型鋼柱對應于型鋼梁的上、下翼緣處設置水平加勁肋，加勁肋形式宜便于混凝土澆筑，水平加勁肋應與梁端型鋼翼緣等厚，且其厚度不宜小于12mm。

圖2 型鋼混凝土梁柱節點的構造平面

（2）型鋼混凝土柱與鋼梁的連接。為保證節點的內力傳遞，梁內型鋼翼緣與柱內型鋼翼緣應采用全熔透焊縫連接，梁腹板與柱宜采用摩擦型高強度螺栓連接，懸臂梁段與柱應采用全焊接連接。連接節點內梁、柱型鋼的連接構造，應滿足GB50017-2003《鋼結構設計規范》及JGJ99-1998《高層民用建筑鋼結構技術規程》[9]的構造要求（如圖3）。圖中型鋼梁與型鋼柱采用現場焊接，施工時，先將鋼梁與鋼柱用安裝螺栓進行連接，然后再進行焊接。這種連接方法要求梁、柱連接處焊縫應滿足抗彎、抗剪的強度要求，同時現場的焊接質量應有可靠保證。

圖3 型鋼梁、柱連接節點示意圖

（3）型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。這種連接中要求鋼筋混凝土梁的縱向鋼筋應伸入型鋼混凝土柱節點，且應滿足鋼筋錨固要求，因此可采用鋼筋混凝土梁縱向貫通、鋼筋混凝土梁縱筋與短筋梁搭接、鋼筋混凝土梁縱筋焊于鋼牛腿三種連接方式。此外，鋼筋混凝土梁縱向鋼筋也不應與型鋼混凝土柱內型鋼直接焊接。當必須在型鋼混凝土柱內型鋼翼緣上預留貫穿孔時，宜按型鋼混凝土柱端最不利組合的內力驗算預留孔的承載力，若不滿足，應予以補強。當必須在型鋼混凝土柱內型鋼腹板上預留貫穿孔時，型鋼混凝土柱內型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積的25%。

3 節點探討與幾點構造建議

型鋼混凝土柱中縱向受力鋼筋不應在中間各層節點中截斷。型鋼混凝土框架柱、梁的縱向受力鋼筋在梁柱節點區的錨固和搭接應符合GB50010-2010《混凝土結構設計規范》的規定。

根據型鋼混凝土與型鋼混凝土梁連接的二級抗震等級其他層中間節點和端梁柱節點公式：

HC—節點上柱和下柱反彎點之間的距離；

Z—梁端上部和下部鋼筋合力點或梁上部鋼筋加型鋼上翼緣和梁下部鋼筋加型鋼下翼緣合力點，或型鋼上、下翼緣合力點之間的距離；

Hb—梁截面高度；當節點兩側梁高不相同時，梁截面高度Hb應取其平均值。在這個公式中都是恒定不變的，唯有 會因型鋼混凝土柱的翼緣受到截面消弱而減小。HC減小Vj勢必也會減小，因為型鋼混凝土梁、柱類構件比較巨大，無法用實驗證明，但可以通過給公式賦以一定的值來觀察公式結果變化的趨勢。

根據多數轉換梁的實踐證明，在型鋼混凝土結構構件中必須對此進行設計的改進，否則不僅設計的思想在施工難以進行，而且會降低工程的質量，所以對型鋼混凝土類結構建議進行如下改進:

(1)利用等強代換，減少截面內主梁鋼筋的數量。比如工程中主筋采用的二級鋼筋，能否考慮用三級鋼或四級鋼取代，鋼筋數量減少，自然節點部位處理起來就比較簡單，就不出現柱子中型鋼截面的削弱。

(2)采用增加梁的高度，來改變主梁鋼筋的分布。在原有鋼桁架梁的基礎上，通過在其上或其下增加附梁的方式，將原有截面中減少的鋼筋在附梁中以一個大于1的系數假設，通過設計驗算應該說可以實現。

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