梁縱筋與型鋼混凝土柱節(jié)點搭接探究

李洪亮　（安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽　蚌埠　233000）

梁縱筋與型鋼混凝土柱節(jié)點搭接探究

李洪亮（安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽蚌埠233000）

參照國家有關(guān)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程、標準、圖集，結(jié)合已有的型鋼混凝土梁柱節(jié)點試驗和研究結(jié)論，系統(tǒng)闡述了幾種關(guān)于梁柱節(jié)點搭接的理論，重點對幾種常見的梁縱筋與柱型鋼節(jié)點搭接的形式進行分析，指出研究中的不足，特別介紹了根據(jù)新的研究理論提出的一種新型梁縱筋與型鋼混凝土柱搭接構(gòu)造形式。

型鋼混凝土柱；梁縱筋；搭接

0　前言

目前我國對型鋼混凝土柱節(jié)點的搭接研究還不夠全面，不成體系：節(jié)點的研究較片面，節(jié)點試驗研究不系統(tǒng)，節(jié)點承載力計算理論需要進一步完善，節(jié)點內(nèi)力傳遞機理需要進一步明確，很多理論和做法甚至直接從日本翻版套用。如何在不影響節(jié)點的抗承載能力和抗剪切承載能力，不增加施工難度和復雜性的基礎(chǔ)上，設(shè)置合理的節(jié)點構(gòu)造形式，是我國型鋼混凝土研究的熱點。

1　常見梁縱筋-柱型鋼搭接形式

1.1梁縱筋不穿過型鋼翼緣

在梁縱筋與柱型鋼搭接問題的研究中，有研究人員認為：混凝土梁的主筋不得與型鋼混凝土柱的型鋼直接焊接，更不能穿過型鋼翼緣；如果這樣做將對型鋼柱的抗剪能力以及抗彎能力產(chǎn)生重大影響。所以混凝土梁的主筋應盡可能不穿過或少穿過型鋼，如需穿過，盡可能穿過腹板，而不穿過翼緣［1］。根據(jù)此理論，在施工中總結(jié)出以下幾種搭接方法。

1.1.1梁縱向鋼筋貫穿式（圖1）

型鋼柱的翼緣較窄時，在型鋼腹板上開孔，讓梁的上、下縱向鋼筋全部穿過節(jié)點。這種形式能保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時也方便了施工；但是由于對型鋼板腹板進行割孔，容易削弱截面強度，需要對割孔進行補強，并且腹板開孔位置不易控制，需進行二次甚至三次的鋼筋穿孔位置的深化工作。該方法適宜在工期較緊，縱筋直徑較小的情況下使用。

1.1.2梁縱筋與型鋼腹板鋼筋連接器連接式（圖2）

梁的上、下縱向鋼筋能夠全部穿過翼緣，抵達腹板。但由于腹板的阻礙，縱筋不能貫通，并且在柱內(nèi)不能夠滿足錨固長度的需求。這是采用在柱內(nèi)腹板上焊接鋼筋連接器，解決縱筋無法穿過的難題。這種形式既不會造成型鋼腹板的截面削弱，又能保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時也方便了施工，但現(xiàn)場焊接量大影響施工進度，工廠焊接焊接位置不宜確定，且造價較高；適應在鋼筋直徑較大，混凝土澆筑質(zhì)量要求較高的情況下使用。

1.1.3梁縱筋加掖錯開式（圖3）

柱型鋼的翼緣很寬時，采用鋼筋加掖的形式繞過鋼柱翼緣板寬度的范圍穿過型鋼柱腹板預設(shè)置的穿筋孔保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時也方便了施工。但鋼筋加工量大，需進行鋼筋的加掖施工，增加鋼筋連接的難度。適宜在鋼筋直徑較小，易在工廠進行加掖。

圖1　梁縱筋與型鋼腹板貫通式

圖2　梁縱筋與型鋼腹板鋼筋連接器連接式

圖3　梁縱筋加掖錯開式

1.2梁縱筋在翼緣兩邊斷開

但是對于較大的梁，縱主筋不穿過柱型鋼翼緣，單靠鋼筋加掖很難滿足承載力和抗剪力要求。為此，有人提出連接型鋼混凝土柱的節(jié)點，梁主筋應盡可能從型鋼兩側(cè)通過，對于必須與柱型鋼相交的梁主筋，應在柱型鋼兩邊斷開，但應與柱翼緣可靠焊接。根據(jù)該理論，又產(chǎn)生了以下兩種搭接方法。

梁縱筋-鋼梁節(jié)點搭接方式（圖4）。具體做法：在型鋼混凝土柱和鋼筋混凝土梁添加短鋼梁，加固其與梁內(nèi)主筋的搭接效果。鋼梁長度應大于鋼筋混凝土梁截面高度1.8倍，高度大于鋼筋混凝土梁1倍梁高，且符合鋼筋搭接要求。為了加強連接的緊固性，在短鋼梁的上翼緣、下翼緣上設(shè)置兩排銷釘。銷釘間距不小于10cm，銷釘間距與型鋼邊緣不小于5cm，且銷釘直徑不小于1.9cm。這種方法在型鋼翼緣截面較窄時常使用，當翼緣截面較大的梁，使用鋼梁反而會增大施工吊裝難度，鋼梁自身的重量也相應降低了節(jié)點的承載力和抗剪能力。

圖4　梁內(nèi)主筋通過牛腿與型鋼柱連接

梁縱筋-鋼牛腿節(jié)點搭接方式。為克服這個難題，在試驗的基礎(chǔ)上，北京市建筑設(shè)計院和清華大學的試驗研究［2］，推薦做法：在型鋼柱上增設(shè)工字鋼牛腿，鋼筋混凝土梁部分主筋通過型鋼混凝土柱主筋，并連續(xù)配置，部分主筋在型鋼混凝土柱兩側(cè)截斷，與鋼牛腿焊接。由于這種連接方式導致兩端塑性鉸向外移動，所以需要在梁端與鋼牛腿以外部位設(shè)置箍筋加密區(qū)。關(guān)于采取在型鋼柱上設(shè)置鋼牛腿的方法，從實驗表明：牛腿末端位置，截面承載力和剛度突然發(fā)生變化，混凝土很容易發(fā)生擠壓破壞，所以牛腿的翼緣要設(shè)計成變截面翼緣，改善上述情況的出現(xiàn)；另外，設(shè)置鋼牛腿的辦法，在吊裝型鋼柱時，施工上也有不便之處，不是一種很理想的節(jié)點連接構(gòu)造。

1.3梁縱筋通過型鋼翼緣

還有一批研究人員認為：在型鋼翼緣上開孔對型鋼柱的抗彎性能和節(jié)點的抗剪性能影響并不明顯。有研究結(jié)果證明［3］：部分鋼筋混凝土梁梁主筋通過型鋼翼緣，對型鋼混凝土搭接節(jié)點的抗震性能的影響并不大。通過型鋼翼緣的主筋錨固性能好，沒有滑移現(xiàn)象，并且能夠獲得較好的延性和耗能能力。研究結(jié)果還證明：在型鋼翼緣上開小孔，不但不會降低節(jié)點的受力性能和抗剪能力，還會提升節(jié)點受力性能和抗剪能力。在型鋼上開小孔，使型鋼兩側(cè)的混凝土可以相互流通，增強了混凝土與型鋼的粘結(jié)能力，并能形成混凝土銷釘，使節(jié)點核心區(qū)混凝土的整體性大大提高，便于施工。

2　梁縱筋貫穿柱型鋼翼緣式

既然梁縱筋穿過型鋼翼緣不會影響型鋼柱的抗彎承載力和節(jié)點的抗剪承載力，在工程實際中我們就可以采用梁縱筋貫通的方式來型鋼混凝土梁柱節(jié)點問題。可以采用角鋼對被削弱的型鋼柱的翼緣進行補強處理，型鋼與角鋼形成的鋼牛腿，便于鋼筋混凝土梁內(nèi)部的剪力直接傳遞到型鋼混凝土柱內(nèi)，使受力性能大大提高。詳見圖5。

圖5　梁縱筋通過柱型鋼翼緣做法

2.1角鋼補強的構(gòu)造

本處重點介紹開孔的注意事項。鋼筋從開孔通過時，開孔直徑一般取鋼筋直徑加4～6mm，但由于市場上同種規(guī)格鋼筋生產(chǎn)的偏差不一，分部偏差較大，實際施工時開孔直徑取鋼筋直徑的6～8mm，同時還必須保證同一個鋼筋在型鋼中穿過2個以上的孔，所以在孔的制作時必須保證孔的偏差在規(guī)定允許范圍內(nèi)。施工節(jié)點詳見圖6。

圖6　梁縱筋穿過柱型鋼翼緣板補強

2.2節(jié)點受力過程分析

同濟大學的研究人員的研究結(jié)果表明［4］：雖然型鋼承擔的節(jié)點剪切力較大，導致節(jié)點核心區(qū)域的箍筋應變增長速度很快，但是箍筋并沒有屈服，對節(jié)點核心區(qū)域的混凝土約束能力依然很強。對于型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁承載力和剛度下降較型鋼混凝土柱-鋼筋混凝土梁更慢，承載力和剛度更大。

3　結(jié)論

綜合分析以上6種梁縱筋與柱型鋼節(jié)點搭接方式，梁縱筋貫穿柱型鋼翼緣式構(gòu)造簡單、造價低、施工較為方便，適應規(guī)模化和大跨度梁施工。在型鋼上開小孔，使型鋼兩側(cè)的混凝土可以相互流通，增強了混凝土與型鋼的粘結(jié)能力，并能形成混凝土銷釘，使節(jié)點核心區(qū)混凝土的整體性大大提高，便于施工。

但是在實際項目施工中，還應綜合考慮項目規(guī)模、施工場地、梁柱直徑、跨度大小等因素，合理選擇搭接方法，確保節(jié)點處理方案最優(yōu)化。

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

［2］蔣歡軍，呂西林.新型耗能剪力墻模型低周反復載荷試驗研究［J］.世界地震工程，2000，16（3）：63-67.

［3］陳麗華，李愛群，趙玲.型鋼混凝土梁柱節(jié)點的研究現(xiàn)狀［J］.工業(yè)建筑，2005（35）：32-45.

［4］梁威，王昊.我國型鋼混凝土梁柱節(jié)點構(gòu)造綜述［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2007（4）.

TU323.1

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