裝配式鋼管混凝土柱與梁節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造

孫博煒 林 芹 李馥均

(鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能適應(yīng)現(xiàn)代化工程結(jié)構(gòu)向高層、超高層和大跨度方向發(fā)展的需要，符合現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和施工的要求，越來越廣泛地應(yīng)用于住宅、辦公樓和工業(yè)廠房等。節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部位，也是施工的難點(diǎn)，關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全和工程的造價(jià)，因此合理的選擇節(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文重點(diǎn)介紹了兩種裝配式鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式，以供工程設(shè)計(jì)參考。

1 圓鋼管混凝土柱—梁節(jié)點(diǎn)的類型

圓鋼管混凝土柱與現(xiàn)有連接梁的種類按節(jié)點(diǎn)形式劃分為兩種：圓鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)和圓鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)。從受力的角度，將上述的鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)分為三類，即：剛性節(jié)點(diǎn)、半剛性節(jié)點(diǎn)和鉸接節(jié)點(diǎn)。

1.1 剛性節(jié)點(diǎn)

該類節(jié)點(diǎn)在受力過程中能有效的將梁端彎矩、剪力和軸力傳給柱子。具體介紹四類剛接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式和特點(diǎn)。

1)加強(qiáng)環(huán)式剛接節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)是目前工程中應(yīng)用最廣泛的節(jié)點(diǎn)之一，分為外加強(qiáng)環(huán)和內(nèi)加強(qiáng)環(huán)兩種。其具體構(gòu)造為：鋼梁腹板可以通過焊縫或高強(qiáng)螺栓固定在環(huán)板間的豎板上，鋼梁翼緣與上下環(huán)板連接，梁端彎矩由上下加強(qiáng)環(huán)來承擔(dān)，基本構(gòu)造見圖1。該類節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是：適應(yīng)性強(qiáng)、承載力高、傳力簡單，綜合性能比較突出；合理的設(shè)計(jì)加強(qiáng)環(huán)，可以滿足“強(qiáng)柱弱梁”的要求；在外荷載作用下，塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)符合抗震要求。該類節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn)是：外加強(qiáng)環(huán)用鋼量大，且裸露在外影響建筑效果。內(nèi)加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)只適用于直徑較大的鋼管柱，當(dāng)管徑較小時(shí)，施工難度大。

2)十字板式剛接節(jié)點(diǎn):該節(jié)點(diǎn)通過鋼管內(nèi)焊接十字板來提高節(jié)點(diǎn)的剛度和承載力，基本構(gòu)造見圖2。該類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：在管內(nèi)焊接了十字加勁板，增加了節(jié)點(diǎn)域的剛度，但管內(nèi)施工難度有所增加，并且鋼管節(jié)點(diǎn)容易產(chǎn)生局部破壞，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力。

3)錨定板式剛接節(jié)點(diǎn):該節(jié)點(diǎn)是在鋼管內(nèi)壁正對(duì)鋼梁上下翼緣處焊接一個(gè)T形錨板，然后澆筑混凝土，梁端產(chǎn)生的內(nèi)力由梁翼緣焊縫和錨定板承受，具體構(gòu)造見圖3。此類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：剛度不大，節(jié)省鋼材，構(gòu)造簡單，主要應(yīng)用于受力較小的節(jié)點(diǎn)連接，但是該節(jié)點(diǎn)施工較復(fù)雜，主要因?yàn)樵阡摴軆?nèi)焊接錨固件。

4)鋼筋貫通式剛性節(jié)點(diǎn):該節(jié)點(diǎn)是在鋼管壁上打孔，將梁上下的縱筋貫通穿過，以傳遞彎矩，基本構(gòu)造見圖4。該類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：鋼管壁上開孔，影響鋼管剛度，需采取措施加以補(bǔ)強(qiáng)(如加勁肋)。鋼管需穿通鋼筋，不易澆筑混凝土，施工困難，工程中較少采用。

1.2 半剛性節(jié)點(diǎn)

鋼筋混凝土環(huán)梁式節(jié)點(diǎn)是目前應(yīng)用較多的半剛性節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)域采用環(huán)板進(jìn)行加強(qiáng)，圍繞鋼管設(shè)置的鋼筋混凝土梁主要來傳遞彎矩，剪力是由環(huán)梁中部或底部的焊接環(huán)形鋼筋來傳遞，基本構(gòu)造見圖5。該類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：采用環(huán)梁節(jié)點(diǎn)，避免了鋼筋穿心，制作簡單，施工難度不大。梁柱節(jié)點(diǎn)剛度大，彎矩傳遞能力強(qiáng)，但環(huán)內(nèi)配置較多鋼筋，澆筑混凝土困難。

1.3 鉸接節(jié)點(diǎn)

鋼筋環(huán)繞式節(jié)點(diǎn)是鉸接節(jié)點(diǎn)的一種。該節(jié)點(diǎn)的主要構(gòu)造為：節(jié)點(diǎn)域采用環(huán)板進(jìn)行加強(qiáng)，鋼筋混凝土梁內(nèi)縱筋焊接于外挑的鋼梁上下翼緣，并通過鋼牛腿傳遞混凝土內(nèi)力，基本構(gòu)造見圖6。該類節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：構(gòu)造簡單，節(jié)省鋼材，造價(jià)低，但節(jié)點(diǎn)應(yīng)力較為集中容易導(dǎo)致截面開裂，影響承載力。

2 方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)的類型

方鋼管混凝土柱與鋼梁連接的種類按照受力特點(diǎn)也將其分為三類：剛性節(jié)點(diǎn)、半剛性節(jié)點(diǎn)和鉸接節(jié)點(diǎn)。下面將對(duì)其進(jìn)行具體介紹。

2.1 剛性節(jié)點(diǎn)

剛接連接認(rèn)為梁柱間無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，既能傳遞彎矩，也能傳遞剪力。主要介紹帶懸臂梁段的內(nèi)隔板式剛接節(jié)點(diǎn)和外隔板式剛接節(jié)點(diǎn)。

1)帶懸臂梁段的內(nèi)隔板式剛接節(jié)點(diǎn)：在鋼梁和鋼管柱連接時(shí)，現(xiàn)場焊接或栓接質(zhì)量難以保證，可預(yù)先在柱端連接一段鋼梁，形成帶懸臂段的柱。這種節(jié)點(diǎn)的具體做法為：在鋼管壁內(nèi)設(shè)隔板，鋼梁腹板與短鋼梁栓接，鋼梁翼緣與短鋼梁焊接，基本構(gòu)造見圖7a)。該節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是：內(nèi)隔板與梁翼緣在同一平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)滿足剛性要求。該節(jié)點(diǎn)適用于柱截面較大的情況，截面較小時(shí)，內(nèi)隔板與鋼管焊接不方便，澆筑混凝土困難。帶懸臂柱的短梁工廠生產(chǎn)，節(jié)點(diǎn)質(zhì)量容易保證，但運(yùn)輸困難。

2)外隔板式剛接節(jié)點(diǎn)：此節(jié)點(diǎn)在鋼管外設(shè)隔板，鋼梁翼緣焊接在外隔板上，鋼梁腹板與短鋼梁栓接，其具體做法見圖7b)。該節(jié)點(diǎn)受力明確，不受鋼管尺寸限制，避免了連續(xù)施焊導(dǎo)致應(yīng)力集中。節(jié)點(diǎn)區(qū)域剛度較強(qiáng)，控制塑性鉸出現(xiàn)在鋼梁上，有利于抗震。外隔板式節(jié)點(diǎn)尺寸較大，影響建筑使用空間。

2.2 半剛性節(jié)點(diǎn)

此類節(jié)點(diǎn)不僅能傳遞剪力，還能傳遞部分彎矩。本文主要介紹通過連接件連接和長螺栓連接的半剛性節(jié)點(diǎn)。

1)連接件連接的半剛性節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)通過角鋼、T型鋼或組合鋼板等將鋼梁翼緣與鋼管連接，鋼梁腹板借助于連接板與柱栓接，基本構(gòu)造見圖8a)。該節(jié)點(diǎn)利用連接件連接鋼柱和鋼梁翼緣，連接質(zhì)量容易保證，抗震性能較好。

2)長螺栓連接的半剛性節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)用長螺栓穿過鋼管混凝土柱，并借助于連接件和鋼梁連接，混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，需對(duì)螺栓施加預(yù)應(yīng)力，基本構(gòu)造見圖8b)。該節(jié)點(diǎn)對(duì)螺栓施加預(yù)應(yīng)力，施工復(fù)雜，且會(huì)造成鋼管壁局部應(yīng)力集中。

2.3 鉸接節(jié)點(diǎn)

此類節(jié)點(diǎn)一般只將鋼梁腹板與焊在柱上的連接件通過螺栓連接，如圖9a)所示。當(dāng)節(jié)點(diǎn)所受剪力過大，可以設(shè)置傳力牛腿來傳遞剪力，如圖9b)所示。鉸接連接形式構(gòu)造簡單、施工方便、受力明確。梁柱采用鉸接連接時(shí)，結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度較小，變形不容易滿足，此類節(jié)點(diǎn)在重要工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用不多，一般用在次要構(gòu)件的連接時(shí)使用。

3 結(jié)語

裝配式結(jié)構(gòu)的整體性比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)差，但裝配式建筑建造速度快，施工周期短，且工廠生產(chǎn)質(zhì)量得到保證，因此在民用建筑和工業(yè)建筑中應(yīng)用將越來越廣。在裝配式建筑中，合理的選擇節(jié)點(diǎn)的連接形式是至關(guān)重要，上述對(duì)鋼管混凝土柱與梁的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造以及特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)全面的介紹，以供設(shè)計(jì)人員參考。

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