圓鋼管混凝土柱—H型鋼梁節點在工程中的應用

石柏林 陳鵬

杭蕭鋼構股份有限公司 310000

摘要：鋼管混凝土組合結構目前在我國的研究越來越成熟，應用也越來越多，其中以矩形鋼管混凝土柱在實際工程中的應用最為廣泛，而圓鋼管混凝土柱結構的應用相對較少，其主要制約因素在于圓鋼管柱與鋼梁的連接節點較之矩形鋼管混凝土柱不夠成熟、且較為復雜。基于此，本文對目前實際工程中用到的相關圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節點進行介紹，結合各自的優缺點，綜合經濟、設計、制作、安裝等多個方面，提出較為合理的連接節點，以供實際工程設計參考。

關鍵詞：圓鋼管混凝土柱；H型鋼梁；節點

Abstract：The research on the composite structure of concrete filled steel tubular is more and more mature in our country.The application is more and more.Among them，the concrete filled steel tubular column（CFST）with square section is used most widely in practical engineering.But，the application of CFST with circular section is relatively small，the main factor of which is that the connection of H steel beam to CFST with circular section is not mature enough，and more complex.Based on this，this paper introduces the connections of H steel beam to CFST with circular section used in practical engineering.The reasonable connections is put forward，combined with the advantages and disadvantages，consided the economy，design，production，installation，and so on，in order to provide reference for practical engineering design.

Key words：concrete filled steel tubular with circular section；H steel beam；connections

1 概述

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件，它始于1879年英國的Severn鐵路橋橋墩，至今已有 100多年的歷史，在現代土木工程中的使用越來越廣泛。鋼管混凝土結構利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于復雜應力狀態，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發生局部屈曲，可保證其材料性能的充分發揮，另外，在鋼管混凝土的施工過程中，鋼管還可作為澆灌其核心混凝土的模板。與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土結構具有更為優越的抗震性能，諸如高承載力、高延性和耗能能力，還可節省模板費用，加快施工速度。總之，通過鋼管和混凝土組合而成為鋼管混凝土結構，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，而且能夠充分發揮二者的優點，這也正是鋼管混凝土組合結構的優勢所在。

鋼管混凝土柱從其形狀上來分，主要可分為圓鋼管混凝土柱和矩形鋼管混凝土柱，兩者之間多個方面均存在不同的差異。圓鋼管混凝土柱與矩形鋼管混凝土柱相比，在多個方面有著較強的優勢，主要體現在以下幾個方面[1]：

1、軸心受壓時，承載力高20%左右，用于偏心受壓時，承載力高也不少于20%；

2、抗彎剛度高20%；

3、抗震性能好，可控制構件長細比而不限制軸壓比；

4、制造加工比較方便，焊縫少，梁柱節點采用外環板時比較費材料，但工作可靠，采用內環板時，與方鋼管混凝土相同；

5、節約防火涂料或保護層13%。

唯一的不足之處是建筑認為圓截面對室內空間布置不利。

鑒于此，作者認為從經濟性角度出發，圓鋼管混凝土結構有著很好的實用性和發展前景。目前，實際工程中的應用也是越來越多，其梁柱連接節點形式也是多種多樣。但在相關規范規程中卻不多見。因此，本文針對目前實際工程中用到的相關圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節點進行介紹，結合各自的優缺點，綜合經濟、設計、制作、安裝等多個方面，提出較為合理的連接節點，以供實際工程設計參考。

2 節點類型

實際工程中用到的圓鋼管混凝土-H型鋼剛接節點，主要有2大類型：外加強環板形式、內隔板形式，此外還有鋼梁貫通形式，此種由于制作時較為復雜，且不適用于兩個方向均有梁的情況。以上2大類型的連接形式也是《鋼管混凝土結構設計與施工規范》CECS 28-2012提到的2種主要做法。此外，還有混用的形式，如外環板+內環板形式。

2.1 外加強環板

外加強環板是環繞圓管柱周圍的滿環，與柱焊接，用以傳遞梁端彎矩。此節點在實際工程中應用最為廣泛，根據《鋼管混凝土結構設計與施工規范》CECS 28-2012，環板厚度不宜小于鋼梁翼緣厚度，環板最小寬度不應小于鋼梁寬度的0.7倍。

在實際工程中，外加強環節點做法主要有3種，詳見圖1。

（a） （b） （c）

圖1 外加強環板主要節點形式

圖1（a）中，僅有外加強環板；（b）中，在（a）的基礎上增加了內環板；（c）中，在（a）的基礎上增加了豎向內隔板。

2.2 內隔板形式

內隔板是指在柱內位于梁翼緣標高處設置隔板，與柱焊接，用以傳遞梁端彎矩。此節點一般用于直徑較大的圓管柱，主要是需要在柱內施焊，如直徑較小，則無焊接操作空間。根據《鋼管混凝土結構設計與施工規范》CECS 28-2012，內隔板厚度不應小于鋼梁翼緣厚度，并預留排氣孔，澆筑孔直徑不小于150mm。

在實際工程中，內隔板節點做法主要有2種，詳見圖2。

（a） （b）

圖2 內隔板主要節點形式

圖2（a）中，僅在翼緣處增加內隔板；（b）中，在（a）的基礎上增加豎向隔板，此節點制作時較為不易，尤其是節點區內隔板有超過2道以上的情況。

以上兩大類節點中，外加強環板形式，節點用鋼量較大，尤其是鋼梁較寬的時候。此外，整塊的外環板在裝配時，有較大難度，故而，外環板必須要進行切割，而后才能進行節點板與圓管柱的焊接拼接，無形之中，增加了焊縫數量。

而對于內加強環板，需要在柱內進行施焊，施焊空間有限，操作起來沒有外面方便，另外就是對于直徑較小的圓管柱，無法在柱內焊接內隔板。

3 節點形式的確定

針對以上各種圓鋼管混凝土柱-H型鋼梁節點形式在工程應用中的優缺點，本文針對不同的圓管柱截面，結合經濟性等方面因素，提出以下不同的節點形式。