H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接設(shè)計(jì)研究

王海　陳麗英

摘要：鋼結(jié)構(gòu)主次梁一般采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行鉸接，在連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中除應(yīng)計(jì)算承受次梁產(chǎn)生的剪力，還需對連接節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩予以設(shè)計(jì)考量；現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中關(guān)于鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁的連接設(shè)計(jì)無相關(guān)的明確要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，H型鋼一混凝土組合樓蓋的主次梁連接設(shè)計(jì)時(shí)對于連接偏心所產(chǎn)生的附加彎矩是否加以考慮均由設(shè)計(jì)人員主觀而定，由于個(gè)人理解的不同，導(dǎo)致該類連接節(jié)點(diǎn)的可靠度不同。本文通過H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接設(shè)計(jì)的受力分析和國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解，對此類連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并對設(shè)計(jì)與施工提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：鋼-混凝土組樓蓋；連接節(jié)點(diǎn)；偏心彎矩

中圖分類號：TU398.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3024（2017）08-0249-02

前言

H型鋼一混凝土組合樓蓋的結(jié)構(gòu)形式，具有增加結(jié)構(gòu)整體的抗彎剛度、提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、降低結(jié)構(gòu)層高度等優(yōu)點(diǎn)，目前多應(yīng)用于工業(yè)廠房與民用綜合用房。但是在設(shè)計(jì)過程中現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未對鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)做出明確規(guī)定。本文對于常用的鋼一混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)形式中主次梁連接節(jié)點(diǎn)處H型鋼腹板與加勁板連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對比研究。

1.連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算對比

常見的H型鋼主次梁采用腹板與加勁板螺栓連接方式，如圖1，彎矩示意見圖2。

1.1PKPM軟件程序設(shè)計(jì)

在采用PKPM軟件程序?qū)Υ瘟焊拱逯苯优c主梁加勁板相連的鉸接連接進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在對連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中的相關(guān)規(guī)定，次梁所生產(chǎn)的支座反力按1.3倍計(jì)算，未考慮支座處產(chǎn)生的偏心彎矩和主次梁是否形成整體等因素。

1.2《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）的計(jì)算方法

根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）的相關(guān)要求，按最不利因素考慮進(jìn)行計(jì)算。

1）在對節(jié)點(diǎn)螺栓抗剪計(jì)算時(shí)，還應(yīng)對連接時(shí)產(chǎn)生的偏心彎矩進(jìn)行考量，按公式（1）要求確定：

1.3SCSS-H97的計(jì)算方法

查詢“日本鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)連接委員會”編制的《鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)連接》SCSS-H97（H型鋼編），如圖1所示，當(dāng)主次梁腹板與加勁板連接節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接時(shí)，應(yīng)考慮傳遞剪力和偏心彎矩的共同作用。在樓面采用混凝土整體現(xiàn)澆樓板時(shí)，可不考慮連接節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩作用，如圖4所示。按此規(guī)定，混凝土整體現(xiàn)澆樓板使得主次梁成為整體時(shí)，連接節(jié)點(diǎn)處的偏心彎矩由混凝土樓板承受，計(jì)算可得主次梁連接節(jié)點(diǎn)處的螺栓數(shù)量明顯減少.

2.案例分析

2.1設(shè)計(jì)概況

某廠房樓面主梁（H650×250×8×10）按普通鋼梁設(shè)計(jì)（安裝方式按H型鋼一混凝土組合梁），次梁（H390×160×6×8）按H型鋼一混凝土組合梁設(shè)計(jì)，組合梁的翼緣為現(xiàn)澆混凝土樓板，采用PKPM軟件計(jì)算主次梁節(jié)點(diǎn)，未考慮節(jié)點(diǎn)處偏心彎矩，按1.3倍剪力計(jì)算主次梁節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。

2.2不同計(jì)算方式對比

分別采用PKPM軟件程序、《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)體系）》（2009版）和SCSS-H97中的方法對主次梁連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果詳見表1。

如表1所示的三種設(shè)計(jì)方式可以得到如下結(jié)論：

1）在常用的PKPM軟件的計(jì)算程序中，未考慮節(jié)點(diǎn)處偏心彎矩的作用，而僅按1.3倍剪力進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)未采用混凝土樓面將主次梁構(gòu)成整體時(shí)，不能保證主次梁連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算的可靠度。

2）當(dāng)采用JSCS（09）進(jìn)行計(jì)算時(shí)，同樣未考慮到主次梁在采用現(xiàn)澆混凝土整體樓面時(shí)構(gòu)與之成整體并共同作用的情況，計(jì)算得出的螺栓數(shù)量較其他兩種方法的計(jì)算結(jié)果有明顯增加。

3）在采用SCSS-H97中的相關(guān)規(guī)定下計(jì)算結(jié)果表明，連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量有顯著減少，乃是基于偏心彎矩由構(gòu)成整體的現(xiàn)澆混凝土樓板承擔(dān)。

綜上所述，H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，連接節(jié)點(diǎn)處螺栓數(shù)量的計(jì)算方法取決于混凝土樓板與主次梁能否有效的構(gòu)成整體。

3.結(jié)論

H型鋼一混凝土組合樓蓋中主次梁連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法的選擇，取決于混凝土樓面與主次梁能否構(gòu)成有效整體。

當(dāng)偏心彎矩由現(xiàn)澆混凝土樓面承擔(dān)時(shí)，主次梁連接節(jié)點(diǎn)處的螺栓數(shù)量可顯著減少。當(dāng)主次梁與混凝土樓面構(gòu)成有效整體時(shí)，采用PKPM軟件進(jìn)行主次梁連接節(jié)點(diǎn)的計(jì)算是能滿足可靠度要求的。

如果在施工過程中對主次梁的安裝方式不到位或混凝土樓面施工時(shí)未能有效與主次梁構(gòu)成整體，則采用PKPM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果無法得到有效的實(shí)施，最終的工程安全性將存在一定的隱患。