高層鋼管混凝土結構梁柱節點設計方法初探

【摘要】在高層的梁柱節點設計中，需要對鋼管混凝土以及相關的構件有著嚴格的要求，尤其是在近年來，梁柱節點設計出現了許多新型節點模式，使得梁柱節點更加的簡單、節約。因此，本文就高層鋼管混凝土結構梁柱節點設計方法上展開分析與研究。

【關鍵詞】高層；鋼管混凝土；梁柱節點

隨著社會經濟的不斷發展，我國現代化城市建設取得了明顯的成果，在城市中不斷有新的高層建筑出現，這一情況也促使著高層建筑在施工設計上的新要求，尤其是在高層的梁柱節點的設計上，會通過鋼管混凝土的構造來保證建筑的抗震能力、承重能力等各方面性能。

1、高層梁柱節點的種類

1.1穿心鋼管混凝土節點

相比于非穿心節點來說，穿心節點在施工的過程中需要更多的步驟，而因為有穿心結構可以將梁一端的力直接傳到的中心的混凝土部分當中，這樣的設計可以有效的提升整個節點結構的剛度以及抗震能力。而在穿心鋼管混凝土節點中也分成半穿心型鋼管混凝土節點以及全穿心型鋼管混凝土節點，而這一分類的關鍵就在于內部的穿心結構是否穿過了混凝土結構。同時在鋼管內部澆灌混凝土也會受到穿心結構的影響，而半穿心結構則受影響較小。在穿心結構中，通常可以是鋼筋、錨定板、鋼制承重銷等材料[1]。而在這樣的節點設計中，由于會使用大量的鋼制材料，所以對于焊接的質量有著嚴格的標準，例如像鋼制承重銷這樣的節點穿心構件，通常都是需要在加工工廠進行專門的加工，其成本也比較昂貴。在穿心節點中，一般按照穿心構造會分成牛腿穿心鋼管混凝土節點、內加強環穿心節點、鋼筋穿心節點、錨定板穿心節點、十字板穿心節點。

1.2非穿心梁柱節點

這種非穿心節點在結構上比穿心節點的施工更加的簡便，其具體的結構也比較單一，通過焊接在鋼管外側的鋼制強化環或者是牛腿結構將剪力以及彎矩傳送出去。如果在梁柱節點上還有鋼筋混凝土的環梁時，這一結構也會對承載剪力有一定的作用。而在這種節點結構中由于沒有煩穿心結構所以在抗壓方面造成的影響相對較小。因此非穿心梁柱節點更多的用于層數較多的鋼管混凝土結構中，由于在鋼管內沒有其他的結構可以直接使用頂部澆筑法進行施工。在非穿心梁柱節點設計中，可以分成外加強環型梁柱節點、環梁節點、變寬度單梁式節點、雙梁節點。

2、高層梁柱節點的設計原則

在高層的建筑設計當中，鋼管混凝土結構中的梁柱節點在設計上需要保證安全性能，因此在高層建筑中進行梁柱節點的設計應當遵循五個原則。首先，在設計時，節點的位置應當有一定的剛度以及承重性，形成柱強梁弱，節點最強的設計結構。其次在節點的設計上需要使用一定的計算模型，在考慮鉸接以及剛接的過程中，要有著明確的選擇。再次，高層的梁柱節點需要在內力的傳送上符合一定的標準，力的傳送既要有明確的途徑又要方便穩定。第四，在滿足前三條原則之后，選擇的節點要盡量的便于施工，最后在節點的設計應當盡可能的降低鋼材的消耗。

3、高層梁柱節點的設計

3.1梁柱節點設計要求

首先是對梁柱節點強度的設計要求，在設計中需要保證節點有著一定的抗震能力，達到“大震不倒，小震不壞”的標準。在小震的情況下，節點結構應當發揮彈性的作用，而在大震的情況下，節點的抗震能力應當起到塑性體的狀態。同時，在節點部位出現強力振動的情況下，節點部位會出現強度較高的剪力，這就要求節點設計上要有一定的剪力承載能力。

其次，是在節點結構上的要求，在構造上，節點的設計應當表現出良好的傳力效果，結構簡潔明了，有著較高的整體性能，安全性格符合標準，便于施工等。施工時節點的構造應當與設計方案相一致，符合設計中的連續變形要求以及靜力的相對平衡要求。禁止在鋼管結構上進行套箍，避免對鋼管內部造成撕裂力[2]。

3.2高層梁柱節點的承載能力計算

首先是對水平方向的剪力承載計算，剪力的計算數值需要根據國家的抗震力度相關標準來進行，在構造上可以分成四個大的抗震能力層次。在設計中應當實現混凝土鋼筋結構的弱彎強剪的結構要求，確保在梁柱發生彎曲時出現的剪力破壞，鋼筋的結構使得對鋼管的厚度以及管直徑等有著一定的要求，通過計算得出相應的內力值數。其次是節點的縱向上的剪力承受能力的設計，當剪力經過鋼制加強環之后，會將剪力傳送向鋼管，接著擴散到鋼管上下的混凝土部分上，這樣的過程使得在整個節點上形成了一個剪力傳送區域。在剪力的傳送區域中抗剪力的程度會受到傳送區域長度的影響，而長度則由鋼管的外部情況，剪力的程度以及連接剪力構造所決定[3]。在設計的角度上來講，剪力的傳送區域不能超過桿件的最小的截面大小。

3.3高層梁柱節點在抗彎能力上的設計

梁柱節點的抗彎能力主要是節點中心部分的梁柱頂端形成梁弱柱強的設計，在對鋼筋混凝土的設計上，梁柱節點應當考慮在最嚴重的軸力情況中，節點的抗彎性能需要高于在一個平面上各個梁上的彎矩總和。

3.4結構處理措施

在高層的梁柱節點的設計中，需要確保在最大的內力下，高層的梁柱不會出現相對的轉角，在梁軸力以及彎矩都通過連接結構傳遞到鋼管混凝土結構時，應當減少鋼管混凝土承受的拉力，避免對鋼管結構造成撕裂性的破壞。

結論：

總而言之，在我國城市現代化建設的發展中，高層建筑正在迅速的發展起來，在對于高層建筑的鋼管混凝土結構中，節點的設計應當具有較強的抗震能力和承重能力。同時鋼管混凝土結構在我國的高層建筑中更加的符合我國的建筑工程的實際情況，在未來的高層建筑中應當有著更加廣泛的運用。

參考文獻：

[1]劉志全.鋼管混凝土及鋼結構梁柱節點受力性能有限元分析[D].沈陽工業大學，2014.

[2]羅杰.圓鋼管混凝土柱-H形鋼梁梁柱連接鑄鋼節點力學性能研究[D].天津大學，2015.

[3]銀加恩.附加鋼筋對鋼—混凝土組合梁負彎矩區受力性能影響研究[D].鄭州大學，2014.