淺論鋼混凝土連接節點設計

趙永福，趙煒鵬，孫海濤

(1.新疆石油勘察設計研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油大學（華東）,山東 青島266555）

淺論鋼混凝土連接節點設計

趙永福1，趙煒鵬2，孫海濤1

(1.新疆石油勘察設計研究院（有限公司），新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油大學（華東）,山東 青島266555）

通過工程實例，簡單論述了型鋼混凝土節點設計形式、規范要求、節點處理方式、施工注意事項等內容，尤其對非正交型鋼混凝土連接節點闡述了自己的見解和經驗，對于類似工程具有一定的參考價值。

型鋼梁;型鋼柱;連接節點

1 引言

隨著社會的發展，型鋼混凝土結構應用也日益廣泛。所謂型鋼混凝土組合構件是由混凝土、型鋼、縱向鋼筋、箍筋組成的受力構件，主要包括型鋼柱、型鋼梁。梁、柱內的型鋼可以采用工字鋼、方鋼、鋼管等形式，這種組合結構可以大大提高梁、柱承載力，減小梁、柱截面，特別適用于大跨度、大空間及高層結構。

本文結合工程實例，論述了非正交型鋼混凝土結構的節點設計及節點構造等內容。

2 節點形式

2.1 型鋼梁與型鋼混凝土柱的連接

型鋼梁與型鋼混凝土柱的連接比較簡單，與鋼框架結構連接相似，主要有梁柱直接連接和懸臂梁段連接兩種方式。筆者建議一般宜用懸臂梁連接，因為這樣施工方便，施工周期短，且懸臂梁與柱的焊接在工廠預制，這樣可以保證施工質量。

2.2 鋼筋混凝土梁與型鋼柱連接

鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱的連接主要采取縱筋直接貫通法、鋼筋混凝土環梁-抗剪鍵等方式。

縱筋直接貫通方式在型鋼混凝土柱內的型鋼截面較小或混凝土梁縱筋較少時，應用比較方便，如果不能滿足以上條件，將在型鋼柱上開較多的孔。這就給施工帶來了很大的麻煩，因為開孔一般采用機械鉆孔，在工廠加工時完成，定位要求非常準確，如果稍有偏差，現場施工時鋼筋無法與孔的位置一一對應，容易造成返工和材料的浪費。這種節點要求施工精度高，鋼筋工與型鋼廠必須密切配合，以免給后期施工帶來麻煩。

如果采用鋼筋混凝土環梁-抗剪鍵的方式連接，除滿足構造要求外，設計人員需要核算環梁的強度、環梁縱筋的面積等。目前大部分軟件沒有這種計算模式，因此，需要手工計算，給設計帶來一定的難度。

2.3 非正交型鋼混凝土梁、柱連接

對于正交的型鋼混凝土梁柱連接較為常見，但實際工程中，往往由于建筑布置需要，型鋼梁與型鋼柱非正交。筆者就遇到了一個這樣的例子，該工程為直徑為16m的圓形大廳，由于建筑專業布置，造成廳內的型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁非正交。針對這種情況，筆者在型鋼混凝土梁、柱連接處，鋼柱用鋼板補強。如果型鋼混凝土柱內型鋼設計為矩形方鋼，應采用圖1所示連接方式[1]。

圖1 型鋼節點（一）

如果柱內型鋼用鋼管，設外翼緣板與型鋼梁或鋼梁連接，或柱設計為鋼管混凝土，與型鋼梁連接時，可以采用如圖2所示連接。

圖2 型鋼接點（二）

以上兩種方式中：第一種連接方式施工復雜，型鋼梁未直接與型鋼柱連接，而是靠補強鋼板，傳力不明確，且型鋼混凝土梁的水平縱筋穿柱的次數較多（由于非正交，有的縱筋要穿兩次翼緣板和兩次腹板），這需要很高的施工技術提前開孔，對鋼柱截面損傷較大；第二種連接方式與鋼管柱的連接中施工簡單，傳力明確，型鋼混凝土梁的水平縱筋需穿鋼管柱次數較少，降低了施工難度。

綜合比較，筆者建議采用第二種連接，即型鋼柱內的型鋼采用鋼管，充分利用鋼管各向性能相同的優點，施工相對簡單，傳力直接。

2.4 柱腳的處理

型鋼混凝土柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種。根據設計經驗，筆者建議采用埋入式柱腳，且柱內型鋼應在基礎埋入部分增設栓釘，以增加錨固力。如果采用非埋入式柱腳，那么混凝土柱的縱筋必須穿過鋼柱腳底板，施工麻煩，節點復雜，鋼柱底板開孔較多，影響鋼板強度。

2.5 型鋼混凝土梁與型鋼混凝土梁的連接

鋼梁與鋼梁的連接有兩種連接方式，即連續梁、鉸接梁設計。如果采用連續梁設計，應采用翼緣焊接，腹板栓接或翼緣與腹板均栓接等方式；如果采用鉸接，那么僅腹板栓接或焊接。并且，無論哪種連接，型鋼混凝土梁的腰筋應穿過鋼梁的腹板。

3 注意問題

3.1 區分主要的截面模量和慣性矩

鋼結構計算中，經常碰到Wn、W、Wpn、Wp等參數，為避免混淆，筆者簡單匯總了這4個參數的意義及計算公式。

Wn用于受彎及拉（壓）彎構件強度計算，是指截面外邊緣（受拉或受壓）處抗彎截面模量，等于In/y，In為凈截面（扣除孔部分）對中和軸的慣性矩；W用于受彎及拉（壓）彎構件穩定計算，是指截面受壓外邊緣處抗彎截面模量，等于I/y；I為毛截面（不扣除孔部分）對中和軸的慣性矩。

Wpn用于受彎構件塑性設計中的強度計算，等于凈截面（扣除孔部分）對中和軸的靜矩絕對值之和；Wp用于受彎構件塑性設計中的穩定計算，等于凈截面（不扣除孔部分）對中和軸的靜矩絕對值之和。

W和Wn通過塑性發展系數考慮了部分塑性發展，而Wpn和Wp是截面完全塑性情況下的截面模量。

3.2 極限承載力驗算

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）[2]第8.2.8條的規定：鋼結構構件連接應按地震組合內力進行彈性設計，并應進行極限承載力計算；梁與柱連接彈性設計時，梁上下翼緣的端截面應滿足連接的彈性設計要求，梁腹板應計入剪力和彎矩。梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力，應符合式（1）要求：

對于型鋼混凝土節點中的鋼結構連接也應滿足這一要求。

解決方案：根據強連接弱構件的設計特點，采取如下技術措施。

3.2.1 在梁上下翼緣處加楔形板

通過在梁端上下翼緣處加楔形板，增大全熔透坡口焊縫的長度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

3.2.2 在梁上下翼緣加楔形蓋板

通過在梁端上下翼緣處加楔形蓋板，增大全熔透坡口焊縫的高度，從而增加了焊縫的極限抗彎承載力，且應保證梁翼緣厚與楔形蓋板厚之和應小于柱翼緣的厚度。

3.2.3 狗骨法

通過設置狗骨式節點連接方式，削弱梁端的全塑性受彎承載力以達到滿足規范的要求。但該種方式計算復雜，不能精確確定削弱位置及削弱尺寸，因此筆者建議采用經驗法，在距梁端0.1梁高處削弱。

【1】JGJ138—2001型鋼混凝土組合結構技術規程[S].

【2】GB 50011—2010建筑抗震設計規范[S].

Discussion on theDesignof SteelConcreteConnection Node

ZHAO Yong-fu1，ZHAO Wei-peng2，SUNHai-tao1
（1.XinjiangPetroleum SurveyandDesign Institut(Co.Ltd.,)Karamay 834000，China；2.ChinaUniversityofPetroleum(HuaDong),Qingdao 266555，China)

In this paper,the main through engineering examples,and briefly discusses the steel reinforced concrete joints design, specificationsand node processing,construction attention items of,especially for non orthogonal type steel concrete connections described theirviewsandexperience,forasim ilarprojecthasacertain referencevalue.

steel;steelcolumn;connection

TU375.1;TU375.3

A

1007-9467（2016）08-0048-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.007

2016-02-29

趙永福（1966～），男，甘肅武威人，高級工程師，從事結構設計與研究，（電子信箱）827703827@qq.com。