型鋼混凝土組合結構中典型梁柱剛性節點的做法

孫 芃 李 沖 青治勇 李一響 尹修偉

中國建筑第八工程局有限公司鋼結構工程公司 上海 200125

型鋼混凝土組合結構是以型鋼為鋼骨并在型鋼周圍配置鋼筋和澆筑混凝土的埋入式組合結構體系。其吸取了鋼結構和鋼筋混凝土結構的優點，相比鋼結構，具有更好的剛度、耐火性和防腐性，相比鋼筋混凝土結構又具有更好的強度、延展性。型鋼混凝土組合結構將型鋼構件、鋼筋、混凝土三者結合起來，使得建筑結構構件截面小、承載力大、抗震性能好，在現代建筑設計中被廣泛應用[1-4]。

1 組合結構中梁柱剛性節點概述及技術要點

型鋼混凝土組合結構中的型鋼構件的施工方法為預制裝配式施工，而鋼筋混凝土施工還是傳統的現場澆筑施工，2種不同施工理念決定了型鋼混凝土組合結構的復雜性和多樣性，其主要體現在梁柱節點區域。梁主筋和型鋼柱的連接構造是有效連接梁和柱節點的重要部分，梁柱節點的施工質量直接影響到整個結構的安全性。

1.1 截面設計

組合結構節點應做到傳力明確，構造簡單，確保梁端的應力能可靠地傳遞到柱上，因此型鋼柱應保證貫通。鋼筋與連接件在現場施工連接，存在一定的局限性。為保證梁主筋盡量貫通，型鋼柱宜選擇非封閉式截面，如十字形、H形、L形等，提高梁主筋的貫通率。

1.2 構造處理

梁主筋與型鋼柱的連接方式主要分為焊接與機械連接，節點形式有腹板開孔貫通式、加腋繞開式、鋼筋連接套筒式、鋼筋焊接連接板式、加強環板式、承重銷牛腿式等。梁主筋優先選擇在型鋼柱兩側繞開型鋼柱通過，如鋼筋與型鋼腹板碰撞，可在腹板上開孔穿過，鋼腹板因開孔所造成的截面損失率不大于25%（超過時應采取補強措施）。當梁主筋必須與型鋼柱碰撞，應在型鋼柱上設置連接件，梁主筋與連接件應可靠連接。根據不同的結構重要性、型鋼截面類型、尺寸位置、鋼筋密度等情況，可以選擇各個節點形式的組合，充分發揮各自優勢。

1.3 深化設計

采用Tekla Structures軟件進行組合結構的深化設計，根據設計圖紙及現場施工工藝對型鋼與鋼筋進行1∶1建模放樣。模型可以直觀地反映出型鋼與鋼筋的空間關系，有利于鋼筋與型鋼連接構造的處理，提高型鋼連接件的準確性和穿孔的通過率，以便現場施工時保證鋼筋與型鋼的有效連接，這對現場施工的質量與效率至關重要。

1.4 配筋優化

鋼筋直徑的大小、鋼筋的數量、梁的方向以及梁標高位置、梁截面尺寸等，均影響鋼筋穿孔率。型鋼混凝土梁的鋼筋排布若按普通鋼筋混凝土梁排布，勢必增加穿鋼結構鋼筋的數量，導致施工難度大大提高，故應當對梁柱節點鋼筋排布進行優化，盡量增加繞過鋼結構鋼筋的數量，減少穿鋼結構鋼筋的數量。

1.5 保證混凝土密實度的措施

型鋼混凝土組合結構中，型鋼一般為實腹式，節點區域型鋼芯部的水平加勁板與柱壁形成“陰角封閉空腔”，混凝土澆筑時易產生不密實的情況，應在型鋼柱加勁板上設透氣孔、澆筑孔，必要時設觀察孔。在多梁交會部位，存在多層鋼筋疊加的情況，應采用自密實混凝土澆筑。

2 型鋼柱與混凝土梁節點處理方式

2.1 腹板開孔貫通式

腹板開孔貫通式（圖1）主要適用于非封閉截面的型鋼柱，通過腹板開穿筋孔，梁主筋保持貫通，開孔直徑宜為d＋4 mm（d為鋼筋公稱直徑，下同）。該方法下鋼柱通常在加工廠預先開設穿筋孔，現場施工時直接將鋼筋穿過穿筋孔，此節點形式施工方便快捷，梁縱向鋼筋不用斷開，保證了梁縱向鋼筋的貫通與錨固。穿筋孔的加工應采用機械制孔，嚴禁使用火焰切割制孔。這種連接方式的缺點是腹板開孔位置不易控制，對施工精度要求較高，尤其是斜梁主筋需穿腹板時，為保證穿筋的順利，腹板需根據實際情況選用長圓孔。同時由于采用這種方法對型鋼板進行開孔時，對母材的截面強度有一定削弱，因此型鋼腹板開孔時腹板截面損失率應小于腹板面積25%，截面損失率大于25%時，應考慮補強措施。

2.2 加腋繞開式

加腋繞開式（圖2）主要適用于翼緣窄、截面較小的型鋼柱，通過梁主筋彎曲調整，繞開組合構件中的型鋼柱翼緣，避免鋼筋與翼緣相連，保證梁縱向鋼筋的貫通或錨固。此施工方式較為方便，但受限較多，如梁截面鋼筋較多、型鋼柱截面較大等情況不適合采用此節點形式，當鋼筋與型鋼柱鋼筋采用繞開法時，鋼筋彎折宜按不小于1∶6角度折彎繞過型鋼柱。無法貫通時，鋼筋可伸至型鋼柱后彎錨，錨固長度應滿足相關設計要求；無法錨固時可采用焊接或機械連接，使鋼筋與型鋼柱可靠相連。

圖1 腹板開孔貫通式

圖2 加腋繞開式

2.3 鋼筋連接套筒式

鋼筋連接套筒式（圖3）適用范圍廣泛，鋼筋套筒連接即在梁主筋對應型鋼柱的位置設置鋼筋套筒，此做法具體為在工廠進行構件制作的過程中將鋼筋套筒焊接于型鋼構件上，并應在型鋼套筒相應位置設置傳力的加勁肋鋼板，在施工現場將待連接鋼筋端部車絲，套筒絲扣需與鋼筋絲扣匹配，然后將鋼筋與套筒連接并擰緊。此方法下鋼筋連接質量易于保證。鋼筋連接套筒與型鋼的焊接宜采用貼角焊縫，套筒間凈距不小于30 mm，且不小于套筒外直徑。該連接方式快捷簡便，能夠很好地解決混凝土梁采用雙排或三排鋼筋時鋼筋與鋼柱的連接問題。

鋼筋連接套筒式節點優勢比較明顯，但缺點也較為突出，最大缺點是鋼筋套筒的數量及排布需與現場鋼筋排布一致，因此施工容錯率低；當節點有斜向鋼筋連接或型鋼柱為圓管鋼柱時，套筒與型鋼表面角度復雜，焊接變形不對稱，套筒定位難度大，宜采用固定支架配合套筒定位焊接，同時鋼筋套筒內絲扣易受焊接飛濺物粘連等的影響，容易導致鋼筋無法擰入鋼筋套筒。

2.4 鋼筋焊接連接板式

鋼筋焊接連接板式（圖4）適用范圍廣，此方式具體為在型鋼柱對應混凝土梁上下縱筋的位置下部設置連接板，將鋼筋等強焊接在連接板上。該連接方式能較好地應對鋼筋施工偏差的影響，現場鋼筋施工方便靈活，有效連接率高，因此，鋼筋搭接板的連接方式比較受施工單位青睞。鋼筋焊接連接板焊縫宜采用雙面焊，鋼筋與連接板的最小搭接長度不應小于5d；當采用單面焊時，最小搭接長度不應小于10d。鋼筋焊接連接板需考慮柱主筋相關情況，如柱主筋與連接板發生碰撞，應在連接板上開豎向穿筋孔，保證柱主筋的貫通。鋼筋焊接連接板的設置還需考慮現場鋼筋焊接的操作空間，遇到梁上、下多排主筋時，通常將連接板設置為階梯狀，保證現場焊接的有效進行，鋼筋焊接的焊工必須持有特種作業操作證。

圖3 鋼筋連接套筒式

圖4 鋼筋焊接連接板式

2.5 加強環板式

加強環板式（圖5）適用于封閉截面型鋼柱，如圓管鋼柱、箱形鋼柱。加強環板式節點與鋼筋焊接連接板式節點構造做法類似，其力學性能好于連接板式節點構造，型鋼柱與環板接觸面積大且封閉，使型鋼壁受力均勻，有利于梁端內力傳遞給柱，同時也緩解了節點區域的應力集中，提高了節點受力性能，增強了節點的抗震性。

加強環板式節點還可與環梁節點組合設計，梁柱節點環向位置設置鋼筋混凝土環梁和環板，在環梁與環板的接觸面搭接焊接鋼筋，環梁封閉筋截面一般不小于25 mm，環梁的箍筋采用開口箍。環梁的存在不僅增加了梁主筋的錨固長度，還能在梁端彎矩的作用下，使環梁產生彎矩，形成上部拉力和下部壓力的受力狀態，拉力可由環梁封閉筋、樓板參與受力，形成穩固的框架結構體系。此節點符合抗震設計理念，可增強結構穩定性與抗震性能。

2.6 承重銷牛腿式

承重銷牛腿式（圖6）適用范圍較廣，在型鋼柱上焊接H型鋼牛腿，梁主筋與鋼牛腿搭接或焊接，焊接要求同鋼筋焊接連接板式節點，牛腿腹板需開柱主筋、梁腰筋、柱箍筋的穿筋孔，開孔要求同腹板開孔貫通式節點。當柱主筋需穿過牛腿腹板時，采用柱主筋在牛腿位置處截斷，并通過豎向套筒或連接板連接。承重銷牛腿式節點的特點是將梁端荷載通過承重銷牛腿傳給型鋼混凝土柱，型鋼柱的承重銷牛腿上下翼緣處設置傳力的加勁肋鋼板，此節點具有一定的延性，有利于提升節點的抗震能力，但現實使用時需要充分考慮到梁柱所有鋼筋的布置，否則易出現鋼筋與牛腿現場碰撞的情況。

3 結語

圖5 加強環板式

圖6 承重銷牛腿式

本文介紹了腹板開孔貫通式、加腋繞開式、鋼筋連接套筒式、鋼筋焊接連接板式、加強環板式、承重銷牛腿式等6種梁主筋與型鋼柱連接節點。每種節點均有其優點和缺點，實際工程往往比較復雜，很難單一地選擇一種節點類型，來應對不同部位、不同工況、不同構造細部的要求。因此在梁主筋與型鋼柱連接節點設計應用時，應從工程特點、結構適用性、節點可靠度、型鋼截面形式、構造簡便、施工高效、經濟成本等角度綜合考慮，將以上節點形式組合使用，選擇合理的構造處理方式。