鋼筋砼梁-鋼管砼柱特殊節點環梁設計

程江鵬

摘要：某交通運輸類建筑使用了鋼管混凝土柱，梁柱節點采用RC環梁節點。本文在分析環梁的受力機理的基礎上，提出了框架梁梁高或梁梁標高不同、與任意角度的框架梁連接時環梁節點的設計思路，以對其他類似工程提供參考。

關鍵詞：鋼管混凝土柱;鋼筋混凝土環梁

1、概述

鋼管混凝土（STCC）柱由于其優越的受力性能和良好的經濟效益，已越來越多地用于多高層建筑。我國主要采用鋼筋混凝土（RC）梁板樓蓋，STCC柱與RC梁的連接是必須解決的關鍵技術之一。在工程實踐中，STCC柱與RC梁連接方法不斷創新，其中用RC環梁連接STCC柱和RC梁的節點具有諸多優點：

1）無穿心構件，不影響鋼管內混凝土澆筑;

2）環梁鋼筋籠可以在地面綁扎，鋼筋籠無方向性，高空吊裝就位方便，便于與任意角度的框架梁連接;

3）造價相對較低等。

近幾年，我國在城市規劃領域廣泛開展鐵路綜合交通樞紐項目，由于其建筑形態多變和大空間等特點，也較多采用鋼管混凝土柱梁板樓蓋結構體系，基于環梁多樣性及節點所處位置的不同，在環梁實際設計過程中，出現一些特殊節點，本文通過分析環梁的受力機理，對鐵路綜合交通樞紐工程設計中的特殊環梁提出設計思路，為其他類似工程的設計提供參考。

2、環梁受力機理

現行規范對建筑結構設計理念是“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件”，梁柱節點的作用主要是傳遞梁柱之間的彎矩和剪力。

1）梁彎矩傳遞

環梁的環筋、箍筋形成骨架，共同受力將框架梁彎矩傳遞給鋼管柱。框架梁端彎矩作用在節點處形成拉壓力-該拉壓力對節點而言是扭矩，由于環梁緊貼鋼管砼柱，節點受扭引起的轉動為有限轉動，環梁內部扭矩將大幅減小。拉力由環梁的環筋、箍筋共同承擔，壓力由環梁的砼承擔并傳遞給鋼管砼柱上。

2）梁剪力傳遞

環梁節點主要靠三種方式將梁端剪力傳遞給鋼管柱，其一通過抗剪環的局部受壓、抗剪環與鋼管間焊縫的受拉傳遞，其二通過環梁與鋼管的摩擦力傳遞，其三“為梁端彎矩引起環梁上（或下）部擠壓鋼管混凝土柱而提供的靜摩擦力”。

通過環梁受力機理的分析，可得出環梁主要的設計內容為三項：環筋、箍筋及抗剪環。其中環筋的配置主要受框架梁實配縱筋控制，抗剪環的配筋受框架梁剪力的控制，而箍筋的配置則同時受框架梁實配縱筋及剪力的控制。

3）規范計算方法

《鋼管混凝土結構技術規范》（GB50936-2014）附錄D中鋼筋混凝土梁-圓鋼管混凝土柱的環梁節點配筋計算方法，環梁受拉環筋面積與框架梁端受拉鋼筋面積成正比，環梁單肢箍筋面積在環筋箍筋材料等級、箍筋間夾角（弧度）γH和閉合箍筋計算系數相同的情況下，與框架梁端受拉鋼筋面積成正比。

3、特殊環梁設計

由于工程的多樣性，框架梁所處位置、跨度不盡相同，差別主要表現為梁高或梁標高不同、與任意角度的框架梁連接，以下介紹不同情況下環梁的設計思路。

1）框架梁梁高或梁梁標高不同

分析環梁環筋的受力機理，發現環梁主要是承擔框架梁彎矩在梁上（或下）截面產生的拉力。本文認為對節點周邊梁高或梁標高相差較大，應針對框架梁底部鋼筋所處的不同位置分別配置環筋，即每處框架梁的底筋對應一道環筋（如圖2）。環梁底筋與框架梁底筋沿梁高距離一般為50mm，故建議當框架梁梁高高差或高差大于200mm時，采用本文方法進行環梁設計，環梁各層底筋與框架梁底筋間距能保證不小于100mm，環梁砼的澆筑質量也能較好的保證，否則建議框架梁梁高取為一致或調整結構高差位置。

2）與任意角度的框架梁連接

本節采用三維有限元分析軟件對與任意角度的框架梁連接的環梁節點進行受力分析。環梁的混凝土等級為C35，縱筋和箍筋均采用HRB400等級，計算采用相應的拉壓強度設計值，具體計算模型參數及計算結果如下圖表。

4、結論

1）環梁單側受拉時，環梁鋼筋最大應力為376MPa，方向平行于懸臂梁方向，與正交（四向）受拉情況鋼筋受拉應力基本相同。因此，現階段按照規范的設計方法是可靠的。

2）環梁鋼筋應力分布從內而外遞減，設計時可考慮分區域配筋，對環梁內側至1/2懸臂梁寬范圍的配筋進行加強。（如下圖）

3）隨著框架梁間斜交的角度減小，環梁鋼筋應力不斷增大，同時框架梁內的鋼筋的偏拉現象越發明顯，設計時應考慮此現象，在框架梁端兩側配置一定數量的受扭腰筋，且應適當增大環梁的配筋。

本文通過框架梁梁高或梁梁標高不同、與任意角度的框架梁連接時環梁節點進行分析，對其他類似工程提供參考。

參考文獻：

[1] GB50936-2014，鋼管混凝土結構技術規范 [S].

[2] 方小丹，黃圣鈞，李少云，錢稼茹，周棟梁.RC梁-圓鋼管混凝土柱梁節點環梁承載力設計方法. .建筑結構學報，2008年.

[3] 黃昱，黃圣鈞，李少云，錢稼茹，周棟梁.RC梁-圓鋼管混凝土柱梁節點環梁承載力設計方法. .建筑結構學報，2008年.