鋼梁與混凝土梁連接節點設計探討

黃 帆

(巴斯夫(中國)有限公司，上海 200233)

Fl≤1.35βcβlfcAln

Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfyv)Aln

Fl≤1.2ftημmh0

Fl≤0.5ftημmh0+0.8fyvAsvu+0.8fyAsbusinα

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鋼梁與混凝土梁連接節點設計探討

黃 帆

(巴斯夫(中國)有限公司，上海 200233)

對鋼結構梁與混凝土主梁連接節點的不同做法進行了受力分析，總結了不同做法的性能特點，通過對承載力進行驗算，給出了較大荷載情況下鋼梁與混凝土主梁連接的合理做法。

鋼結構梁，混凝土主梁，連接節點

0 引言

隨著建設發展，工程中鋼與混凝土混合使用的結構越來越多，工業項目中經常需要用到鋼梁與混凝土主梁連接。這種連接節點，現有標準及規范未給出明確描述及具體要求，一般都是依據個人經驗設計。本文對于鋼梁與混凝土主梁的連接節點的兩種不同做法的承載能力和特點，進行了分析和比較，并給出了可靠做法。

1 鋼梁與混凝土主梁連接的一般做法

1.1 做法簡介

按照現有標準圖集一般做法，鋼梁與鋼筋混凝土主梁的連接節點如圖1所示。

該種連接節點，鋼梁的荷載通過T型連接件傳遞到混凝土梁側的預埋件上，最后由鋼筋混凝土梁承擔。該節點的承載能力取決于以下幾個最小值：預埋件的承載能力、連接件與鋼梁腹板之間的栓焊混合連接承載能力、鋼梁本身的承載能力。

1.2 承載力驗算

按盡可能讓預埋件的承載能力達到最大的原則，假設如下，采用埋板面積750×750(未注明單位為mm，以下同)，厚度20，Q345級鋼，錨筋采用φ25的HRB400鋼筋，4×4排共16根，預埋板所受剪力偏心距e=100，混凝土等級C35。根據GB50010—

2010混凝土結構設計規范9.7.2條公式：

(1)

(2)

經計算，并按11.1.9條考慮抗震，該預埋件最大的抗剪承載力設計值為340kN。

連接件采用8.8級d20的Q235普通螺栓與鋼梁螺栓單剪與焊接混合連接，不考慮焊接部分，假定由螺栓承擔全部剪力，根據GB50017—2003鋼結構設計規范7.2.1條計算單個螺栓承載力設計值100.5kN。螺栓承載力公式如下：

(3)

(4)

最大剪力設計值為340kN時共需連接螺栓4個，分布在腹板上，鋼梁高度需要450以上，假定鋼梁采用HN450×200×9×14的Q235型鋼,根據GB50017—2003鋼結構設計規范4.1.2條計算鋼梁抗剪承載力設計值為447kN,公式如下：

(5)

可見，鋼梁本身承載能力遠大于預埋件承載力340kN。另外，同材質型鋼HN400×200×9×135梁的抗剪承載力為357kN，也大于該預埋件抗剪承載力。

1.3 分析總結

綜上所述，鋼梁與混凝土梁連接的這種節點做法，其承載能力主要由預埋板的受剪承載力控制。由于承載能力有限，只適用于高度在400mm以下截面的鋼梁與混凝土梁的連接，僅可用于荷載較小的一般民用建筑樓面中。對于承受重型荷載的工業結構中較大截面鋼梁的連接，這種節點本身的承載能力已經滿足不了設計要求。

這種節點，連接件由安裝螺栓和焊接混合受力，需要在現場焊接，施工不方便。

另外，這種節點做法尤其是栓焊混合連接在地震作用下的破壞機制和可靠性尚不明確，在抗震設防等級較高的情況下也應慎重使用。

2 鋼梁與混凝土主梁連接的改進做法與討論

2.1 做法簡介

為了避免鋼梁與混凝土梁連接中預埋板的承載力不足的缺點，可以在混凝土梁側設配筋挑耳，鋼梁的荷載直接傳遞到混凝土挑耳上，同時鋼梁腹板與梁側預埋件由安裝螺栓連接，起到支撐作用，做法詳見圖2。

這種連接做法，荷載是由混凝土主梁梁側的配筋挑耳承擔，結構設計時要保證挑耳的承載力不小于鋼梁本身的承載力，需驗算配筋挑耳的局部受壓承載力和受沖切承載力。

2.2 承載力驗算

考慮樓面荷載較大的情況，假設結構計算鋼梁需要用Q345的鋼梁截面為HN600×200×11×17，根據式(5)，梁本身抗剪承載力設計值為1 030kN。

局部受壓截面尺寸復核，挑耳平面形狀為梯形，假定尺寸如下：梯形高350，上底寬600，下底寬1 300，挑耳立面高500?；炷恋燃塁35。挑耳頂部預埋面積為400×250、厚度為20的鋼板，直接承受鋼梁的壓力。根據GB50010—2010混凝土結構設計規范6.6.1條，混凝土局部受壓面部Aln取鋼板面積400×250，局部受壓計算底面積Ab取600×350，算得挑耳局部受壓承載力3 270kN，大于鋼梁傳來的最大荷載，截面尺寸滿足要求，公式如下：

Fl≤1.35βcβlfcAln

(6)

挑耳局部受壓所需網式配筋計算，承受鋼梁的最大荷載1 030kN，混凝土挑耳內雙向網式配筋，配筋混凝土核心面積為450×300，根據GB50010—2010混凝土結構設計規范6.6.3條，算得所需網式配筋體積配筋率ρv為負值，說明挑耳僅需按構造配置局壓網式鋼筋(見圖3鋼筋②和鋼筋③)，計算公式如下：

Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfyv)Aln

(7)

挑耳的抗沖切承載力驗算，假定破壞沖切面垂直于沿混凝土主梁梁側，根據GB50010 6.5.1，不配箍筋和彎筋情況下的受沖切承載力為643kN，遠遠小于鋼梁的荷載1 030kN?？箾_切承載力不滿足要求，需要按照計算配置箍筋(鋼筋②)和彎筋(鋼筋①)。假定挑耳配HRB335箍筋φ10@100(4)，沿挑耳高度范圍在側面配HRB335水平彎筋4φ22。根據GB50010 6.5.3-1，6.5.3-2，算得配置箍筋和彎筋的挑耳受沖切承載力為1 102kN，大于鋼梁的荷載，滿足承載力要求。公式如下：

Fl≤1.2ftημmh0

(8)

Fl≤0.5ftημmh0+0.8fyvAsvu+0.8fyAsbusinα

(9)

根據以上局部受壓和受沖切承載力計算，可以看出，這種連接節點的承載能力是由混凝土挑耳的抗沖切承載力控制，結構設計時可以根據鋼梁的截面和荷載條件計算所需要的抗沖切箍筋和彎筋。通過選用合理的挑耳截面尺寸和配置足夠的鋼筋，這種節點可以用于承受樓面荷載較重的大截面鋼梁與混凝土主梁的連接。

2.3 總結建議

綜上所述，鋼梁與混凝土主梁的挑耳式連接，承載力較大，強度能夠滿足設計要求。安裝相對簡單，施工方便。鋼梁與挑耳的鉸接搭接，以及腹板與預埋件的螺栓連接，在地震作用下，也能夠提供足夠的延性和耗能能力，具有較好的抗震性能。

根據計算和構造需要，挑耳部位的配筋設置如圖3所示。其中，鋼筋①為抗沖切彎筋，鋼筋②為抗沖切箍筋，需要計算確定。鋼筋③按構造配置，和鋼筋②一起作為局部抗壓鋼筋網。鋼筋④為附加吊筋，可以把挑耳承受的荷載傳遞到混凝土主梁的上部，根據受力情況合理配置。

3 結語

對于鋼梁和混凝土主梁的連接節點，需要綜合考慮連接強度、抗震性能、施工等各方面因素，設計出強度滿足要求、抗震性能好、施工方便的做法。本文通過承載能力分析和性能總結，提出了較為合理的做法，但仍需進一步研究其性能。

[1]GB50010—2010,混凝土結構設計規范.

[2]GB50017—2003，鋼結構設計規范.

[3]易文新.高層建筑鋼結構連接節點的抗震設計.中外建筑，2013(8)：120-121.

Inquiryonconnectionjointdesignofsteelbeamandconcretebeam

HuangFan

(BASF (China) Co., Ltd, Shanghai 200233, China)

Thepaperanalyzesdifferentconnectionjointstressofsteelbeamandmajorconcretebeam,summarizestheirperformancecharacteristics.Throughcheckingthebearingcapacity,itshowsrationalconnectionmethodsofsteelbeamandmainconcretebeamunderlargeloadcondition.

steelbeam,majorconcretebeam,connectionjoint

1009-6825(2015)21-0026-02

2015-05-10

黃 帆(1979- )，男，工程師

TU

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