型鋼混凝土梁柱節點深化設計要點分析

劉浩宇 張秀剛

上海寶冶鋼結構工程公司 上海 200941

引言

隨著社會經濟的發展，鋼結構在大型公共建筑中應用越來越廣泛。大型鋼建筑地下結構通常為型鋼混凝土結構，因其一層使用功能多樣，荷載較大，故一般一層樓蓋截面尺寸及配筋量較大，型鋼混凝土梁柱節點較為復雜。針對此類節點，一些構造在圖集規范中規定較為粗略，尚有較多深化細節需要注意。

商丘市圖書館、展示館、方志館、市民中心（簡稱商丘三館一中心）是多館合一的文化組團綜合體建筑，建筑高度28.2m，地下2層，地上5層，總建筑面積92320m2，由4個單體和其間連體組成；其中單體地下一層為框架結構，構件主要為型鋼混凝土柱和混凝土梁，局部設置型鋼混凝土梁，型鋼混凝土柱內置型鋼為箱型，型鋼混凝土梁內置型鋼為H型。典型構件截面及配筋如表1所示。

表1 商丘三館一中心典型型鋼混凝土梁柱節點

1 鋼筋與型鋼相對關系

1.1 梁鋼筋與柱型鋼關系

在梁柱節點中，從平面位置看，梁縱筋遇到型鋼時，其錨固構造一般應盡可能自然彎曲繞過，不能繞過的焊接于鋼牛腿，但焊接于鋼牛腿的鋼筋面積率不應大于30%。對于大型建筑，梁柱構件截面較大[1]，按照圖集推薦做法施工時，如圖1所示，鋼筋彎折角度較大，鋼筋加工困難，施工時難以放置；對于混凝土梁上部受拉縱筋，當鋼筋轉折角度較大時，會對梁柱連接處混凝土造成向外推力，易造成局部混凝土開裂甚至崩壞。針對此情況，本項目采用加腋做法，如圖2所示。通過加腋，將梁縱筋從節點外開始彎折，可極大減小鋼筋彎折角度，同時在彎折處增設加密箍筋，加強對縱筋約束作用；加腋斜率應根據梁柱截面及其受力特點取值，通常可取≤1∶4。縱筋彎折后間距過大時，可填補附加筋，防止混凝土產生裂縫，改善其性能，附加筋通常可采用12，最大間距不大于200mm。

圖1 梁柱節點平面鋼筋圖集推薦做法

圖2 大型梁柱節點加腋做法

當混凝土梁斜交于型鋼混凝土柱時，主要考慮鋼筋彎曲程度設置加腋起始點，兩側轉折點可以錯開設置，鋼牛腿可根據鋼筋布置偏向一側。當梁一側為洞口不允許設置加腋時，鋼牛腿可偏向一側設置，同時梁邊緣縱筋內折，連接于鋼牛腿上，如圖3所示[2]。

圖3 斜梁及洞口處加腋做法

從豎直方向看，梁柱節點四周梁位于同一標高時，梁上部縱筋會在節點區域會產生碰撞，按照圖集采用一個方向縱筋抬高做法時，會造成加腋區梁上表面傾斜，破壞建筑設計標高。本項目通過降低一個方向的縱筋標高，另一方向平直通過。對于設置雙層縱筋的梁，縱筋可分別于牛腿翼緣上下表面焊接，同時進一步減小牛腿尺寸，令雙層鋼筋均從牛腿上下兩側繞行；當存在梁截面不同時，垂直于該梁的牛腿腹板需在縱筋通過位置進行打孔，孔直徑可為鋼筋直徑的1.5倍，如圖4所示。

圖4 梁柱節點豎直方向鋼筋位置

1.2 柱鋼筋與鋼牛腿關系

圖5a給出了柱鋼筋平面布置圖，為盡量避開鋼牛腿，保證鋼筋連續，柱鋼筋需在柱截面角部加密，中部放寬。調整鋼筋間距后，一般可保證與鋼牛腿沖突的數量較少，間距較大，縱向鋼筋與牛腿連接宜采用套筒焊接。牛腿范圍內的箍筋會被牛腿腹板阻隔，一般采用斷開箍筋或牛腿腹板開孔措施。柱箍筋直徑一般采用10～16mm，現場焊接連接質量較差，故一般采用腹板開孔，保證箍筋連續。值得注意的時，大型建筑柱箍筋一般均為復合箍，內側箍筋尚需牛腿腹板開設孔洞；外側箍筋一般為多個箍筋疊放，其開孔應為長圓孔，在平面圖紙中不易察覺，是鋼結構深化過程中易錯的地方。縱筋連接及箍筋開孔如圖5b所示[3]。

圖5 柱鋼筋與牛腿相對關系示意圖

1.3 型鋼混凝土主梁與混凝土次梁關系

商丘三館一中心設置有阻尼墻，一層阻尼墻下為型鋼混凝土梁，型鋼上部設置有露出混凝土與阻尼墻連接的副梁。副梁對主梁及相交次梁縱筋均造成阻擋，故兩個方向均需要進行開孔，如圖6所示。施工時，次梁縱筋疊壓在主梁縱筋上方，兩個方向開孔位置應有高低差。鋼結構深化時，常常僅根據鋼筋保護層即確定孔洞位置，導致現場需進行擴孔處理。

2 牛腿尺寸設置

2.1 牛腿長度

牛腿長度主要需要滿足鋼筋的焊接長度。混凝土梁底縱筋放置于牛腿下翼緣時，鋼筋焊接為仰焊，施工時下方均為密集的腳手架，造成作業不便且質量難以保證，故一般放置于下翼緣上表面；當梁底縱筋放置于牛腿下翼緣上表面時，可能會被牛腿加勁肋阻擋，其鋼筋焊接長度應從隔板算起，同時需考慮加勁肋組合焊縫焊的焊腳尺寸，由此確定的翼緣較長，故一般以梁底縱筋確定牛腿長度。當牛腿長度滿足以上條件時，應盡可能短，如圖7所示。牛腿長度可按式1確定[4]。

圖7 混凝土梁下部縱筋與鋼牛腿連接示意圖

式中，a為柱型鋼至牛腿加勁肋距離；t為牛腿加勁肋厚度；c為牛腿加勁肋組合焊縫焊腳尺寸，可取為10mm；l為鋼筋最小焊接長度。

2.2 牛腿寬度

牛腿寬度根據鋼筋焊接面積率、鋼筋間距及設計要求設置，同時還應滿足牛腿距混凝土梁邊緣要求，可按式2計算，如圖8所示。混凝土梁縱筋在節點錨固時，應盡量保證其通長，當必須打斷時，焊接于牛腿上的鋼筋面積率不應超過30%。

圖8 牛腿寬度平面示意圖

式中，a為鋼筋與牛腿邊緣距離；s為鋼筋凈距，梁上部縱筋水平方向凈距應保證不小于30mm及1.5d；n為焊接于牛腿是鋼筋的數量；d為鋼筋直徑；c為牛腿與混凝土邊緣距離，牛腿邊緣與最外側縱筋凈距應保證不小于30mm、1.5d及1.5倍粗骨料粒徑[5]。

2.3 牛腿翼緣厚度

牛腿寬度設置后，根據焊接鋼筋面積，牛腿厚度hf可按屈服強度及抗拉強度進行計算，應分別滿足式3和式4，考慮到鋼筋對牛腿翼緣的局部拉力及極限承載力狀態下變形要求，對翼緣厚度還應有構造要求，一般不宜小于20mm，或滿足S3級要求。

式中，As為焊接鋼筋面積，fyk為鋼筋屈服強度標準值；fy為鋼材屈服強度標準值；b為翼緣寬度；fstk為鋼筋抗拉強度標準值；fu為鋼材抗拉強度標準值[6]。

3 結束語

大型公共建筑型鋼混凝土梁柱節點區鋼筋密集，內置型鋼對鋼筋放置造成較大障礙，通過總結施工中常見問題，采取混凝土梁加腋、鋼筋彎曲繞行、鋼筋與牛腿焊接、牛腿尺寸設置，確保了現場鋼筋安裝的便捷性和質量保證，為類似工程提供參考。