王華洪 董事爾 黨鵬飛 任紅軍

(1、2、3.西南石油大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川 成都 610500；4.中國石油四川銷售分公司 四川 成都 610500)

引言

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)由于其使用功能好、施工快捷、造價(jià)低、性能好等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。近年來對(duì)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究較多，也日趨成熟，但對(duì)節(jié)點(diǎn)研究較少。節(jié)點(diǎn)是連接梁和柱的關(guān)鍵部位。梁和柱的內(nèi)力通過節(jié)點(diǎn)傳遞，因此節(jié)點(diǎn)工作的安全可靠是保證結(jié)構(gòu)正常工作的前提。同時(shí)節(jié)點(diǎn)處于壓彎剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，受力比較復(fù)雜。因此研究并弄清楚節(jié)點(diǎn)的受力性能、破壞機(jī)理，使節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)得傳力明確，計(jì)算可靠，構(gòu)造合理是十分重要的。同時(shí)，為保證組合結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的密實(shí)性，節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造還應(yīng)做到構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于澆筑混凝土，確保梁端型鋼部分的應(yīng)力能可靠地傳遞到柱型鋼。

1 型鋼混凝土梁柱構(gòu)件組合型式

型鋼混凝土構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼，也配置構(gòu)造鋼筋及少量受力鋼筋。配鋼的形式主要有實(shí)腹式型鋼和空腹式兩大類。實(shí)腹式型鋼主要有工字鋼、槽鋼及H型鋼等?？崭故脚滗撌怯山卿摌?gòu)成的空間桁架式的骨架。梁型鋼和柱型鋼翼緣用焊接或螺栓連接。當(dāng)為焊接時(shí)，應(yīng)保證焊接質(zhì)量，符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定。當(dāng)為螺栓連接時(shí)，應(yīng)考慮螺栓孔對(duì)型鋼削弱的影響。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中常遇見三種梁節(jié)點(diǎn)的組合形式：

(1)型鋼混凝土梁-型鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)連接；

(2)鋼梁-鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)連接；

(3)鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱的節(jié)點(diǎn)連接。

型鋼的連接形式要易于混凝土的澆灌，保證節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的密實(shí)性，柱中型鋼和主筋的布置應(yīng)為梁中主筋穿過留出通道。梁中主筋不應(yīng)穿過柱型鋼翼緣，也不與柱型鋼直接焊接。型鋼腹板部分應(yīng)設(shè)置鋼筋貫穿孔時(shí)，截面缺損率不應(yīng)超過腹板面積的20%。

圖 1型鋼混凝土梁與柱節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)型鋼部分的連接形式，分為柱翼緣貫通形和梁翼緣貫通形。采用柱翼緣貫通形時(shí)，應(yīng)在梁翼緣位置設(shè)置加筋肋。各種連接形式的特點(diǎn)如下：

(1)水平加勁肋形式：應(yīng)力傳遞平順合理，是型鋼節(jié)點(diǎn)的常用連接形式，但由于有水平加勁肋的存在，使混凝土的澆筑產(chǎn)生一定的困難，應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造或從施工工藝解決的措施(如圖 1（a））。

(2)水平三角加勁肋形式：改變了形式1中混凝土澆筑困難的條件，但是應(yīng)力的傳遞比形式1差[9]。三角加勁肋使柱子腹板產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，應(yīng)進(jìn)行有關(guān)的驗(yàn)算(如圖1（b））。

(3)垂直加勁肋的形式：混凝土易于澆筑，但翼緣的應(yīng)力，要通過柱翼緣和垂直加勁肋傳遞，應(yīng)力傳遞不直接，性能不如前兩種形式。

(4)翼緣貫通形式：將型鋼柱翼緣切斷后焊在貫通的梁翼緣上，其傳遞應(yīng)力性能和形式1大致相同，因此應(yīng)力傳遞沒有什么問題，但同樣存在混凝土澆筑困難的問題。

2 型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)連接型式與構(gòu)造要求

型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的連接，均宜采用柱型鋼貫通型，型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼截面形式和縱向鋼筋的配置應(yīng)便于梁內(nèi)縱向鋼筋貫穿節(jié)點(diǎn)。在型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)中，根據(jù)梁柱節(jié)點(diǎn)連接型式的不同，可以分為三類：

（1）型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁的連接。一般情況下，梁內(nèi)型鋼與柱內(nèi)型鋼在節(jié)點(diǎn)內(nèi)應(yīng)采用剛性連接。節(jié)點(diǎn)內(nèi)梁、柱型鋼的連接構(gòu)造（如圖 1（a）、圖 2）應(yīng)滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）[8]的構(gòu)造要求。為了保證梁端內(nèi)力更好地傳遞，還應(yīng)沿高度方向，在型鋼柱對(duì)應(yīng)于型鋼梁的上、下翼緣處設(shè)置水平加勁肋，加勁肋形式宜便于混凝土澆筑，水平加勁肋應(yīng)與梁端型鋼翼緣等厚，且其厚度不宜小于12mm。

圖2 型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造平面

（2）型鋼混凝土柱與鋼梁的連接。為保證節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力傳遞，梁內(nèi)型鋼翼緣與柱內(nèi)型鋼翼緣應(yīng)采用全熔透焊縫連接，梁腹板與柱宜采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，懸臂梁段與柱應(yīng)采用全焊接連接。連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)梁、柱型鋼的連接構(gòu)造，應(yīng)滿足GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》及JGJ99-1998《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[9]的構(gòu)造要求（如圖3）。圖中型鋼梁與型鋼柱采用現(xiàn)場(chǎng)焊接，施工時(shí)，先將鋼梁與鋼柱用安裝螺栓進(jìn)行連接，然后再進(jìn)行焊接。這種連接方法要求梁、柱連接處焊縫應(yīng)滿足抗彎、抗剪的強(qiáng)度要求，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的焊接質(zhì)量應(yīng)有可靠保證。

圖3 型鋼梁、柱連接節(jié)點(diǎn)示意圖

（3）型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。這種連接中要求鋼筋混凝土梁的縱向鋼筋應(yīng)伸入型鋼混凝土柱節(jié)點(diǎn)，且應(yīng)滿足鋼筋錨固要求，因此可采用鋼筋混凝土梁縱向貫通、鋼筋混凝土梁縱筋與短筋梁搭接、鋼筋混凝土梁縱筋焊于鋼牛腿三種連接方式。此外，鋼筋混凝土梁縱向鋼筋也不應(yīng)與型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼直接焊接。當(dāng)必須在型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼翼緣上預(yù)留貫穿孔時(shí)，宜按型鋼混凝土柱端最不利組合的內(nèi)力驗(yàn)算預(yù)留孔的承載力，若不滿足，應(yīng)予以補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)必須在型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼腹板上預(yù)留貫穿孔時(shí)，型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積的25%。

3 節(jié)點(diǎn)探討與幾點(diǎn)構(gòu)造建議

型鋼混凝土柱中縱向受力鋼筋不應(yīng)在中間各層節(jié)點(diǎn)中截?cái)?。型鋼混凝土框架柱、梁的縱向受力鋼筋在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固和搭接應(yīng)符合GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

根據(jù)型鋼混凝土與型鋼混凝土梁連接的二級(jí)抗震等級(jí)其他層中間節(jié)點(diǎn)和端梁柱節(jié)點(diǎn)公式：

HC—節(jié)點(diǎn)上柱和下柱反彎點(diǎn)之間的距離；

Z—梁端上部和下部鋼筋合力點(diǎn)或梁上部鋼筋加型鋼上翼緣和梁下部鋼筋加型鋼下翼緣合力點(diǎn)，或型鋼上、下翼緣合力點(diǎn)之間的距離；

Hb—梁截面高度；當(dāng)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁高不相同時(shí)，梁截面高度Hb應(yīng)取其平均值。在這個(gè)公式中都是恒定不變的，唯有 會(huì)因型鋼混凝土柱的翼緣受到截面消弱而減小。HC減小Vj勢(shì)必也會(huì)減小，因?yàn)樾弯摶炷亮骸⒅悩?gòu)件比較巨大，無法用實(shí)驗(yàn)證明，但可以通過給公式賦以一定的值來觀察公式結(jié)果變化的趨勢(shì)。

根據(jù)多數(shù)轉(zhuǎn)換梁的實(shí)踐證明，在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中必須對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)的改進(jìn)，否則不僅設(shè)計(jì)的思想在施工難以進(jìn)行，而且會(huì)降低工程的質(zhì)量，所以對(duì)型鋼混凝土類結(jié)構(gòu)建議進(jìn)行如下改進(jìn):

(1)利用等強(qiáng)代換，減少截面內(nèi)主梁鋼筋的數(shù)量。比如工程中主筋采用的二級(jí)鋼筋，能否考慮用三級(jí)鋼或四級(jí)鋼取代，鋼筋數(shù)量減少，自然節(jié)點(diǎn)部位處理起來就比較簡(jiǎn)單，就不出現(xiàn)柱子中型鋼截面的削弱。

(2)采用增加梁的高度，來改變主梁鋼筋的分布。在原有鋼桁架梁的基礎(chǔ)上，通過在其上或其下增加附梁的方式，將原有截面中減少的鋼筋在附梁中以一個(gè)大于1的系數(shù)假設(shè)，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算應(yīng)該說可以實(shí)現(xiàn)。

[1] 陳紅媛，房貞政.鋼混凝土組合柱-鋼梁結(jié)構(gòu)中柱節(jié)點(diǎn)受力性能研究 [J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，31(4):460-465.

[2] 張莉若，王明貴.鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)承載力試驗(yàn)研究 [J].建筑科學(xué)，2003，19(5):16-25.

[3] 趙鴻鐵.鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)[M].北京:科學(xué)出版社.2001:77-223.

[4] 薛建陽，趙鴻鐵，楊勇.型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能及構(gòu)造方法.世界地震工程[J]，2002，18(2):61-64.

[5] 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M](第 2版).北京:科學(xué)出版社，2003.

[6] 劉堅(jiān)，周東華，王文達(dá)，郝際平.鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 [M].北京:科學(xué)出版社.2005，9.

[7] 劉鳳娥.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)造探析.中州大學(xué)學(xué)報(bào)[J].2008，25(1):116-118.

[8] GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

[9] JGJ99-1998，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[10] JGJ138-2001J 130-2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[11] GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[12] 王繼武，劉小渝，沈小俊.型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析.重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文[D].2009.