鋼-混凝土組合結構節點連接關鍵技術研究

李明坤

(1.中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司 山西太原 030006;2.中鐵三局集團有限公司 山西太原 030001)

鋼-混凝土組合結構是將鋼構件和混凝土或鋼筋混凝土部件組合成為整體而共同工作的一種新型結構，因其兼具鋼結構和混凝土結構的優良特性，已廣泛應用于高層建筑、大型廠房、公路橋梁等建筑工程領域[1-3]。然而，作為兩種不同類型的材料結構，結構形式靈活多樣，其受力特性和性能區別較大，如何優化鋼-混凝土組合結構關鍵節點連接結構和提高其連接性能一直是國內外學者的研究特點[4-8]。袁軍海[6]基于低周反復荷載試驗研究觀察試件的受力全過程，研究了柱截面的配鋼形式、軸壓比、扭彎比、混凝土強度、配箍率、配鋼率等參數對型鋼混凝土試件抗震性能的影響。譚正龍[7]研發了一種以高強度螺栓為剪力連接件的新型裝配式鋼-混凝土組合結構連接方式，并基于推出試件對其抗剪性能進行了系列研究。曹佃凱[8]基于ABAQUS有限元軟件對螺栓連接件在不同受力狀態下的初始彈性行為、抗剪承載力及其影響因素進行了系統研究。

結合某實際工程，該文對鋼-混凝土組合結構連接節點施工關鍵技術開展研究，以期可以有效提高不同類型關鍵節點的連接性能，為今后類似工程提供經驗借鑒。

1 工程概況

朔州市大醫院建設工程作為當地第一座三甲醫院，是朔州市委、市政府根據朔州實際，從人民群眾需求出發做出的一項重要決策，是解決百姓看病難、看病貴的一項民生工程，是填補空白、完善功能、提升品位的公益性建設項目。該工程總占地面積209 333 m2，總建筑面積206 309 m2，圖1為工程建設效果圖。該工程主體結構為框架結構，構件種類多，結構單元超長超大，節點形式復雜，為保證施工質量，應當選擇合適科學的節點處理方式。如圖2 所示，該文主要針對柱板節點、鋼柱拼接節點、梁柱節點等方面，開展節點連接關鍵技術研究。

圖1 本工程建設效果圖

圖2 鋼-混凝土組合結構斷面圖

2 鋼-混凝土組合結構柱板節點施工關鍵技術

為了提高鋼-混凝土組合結構中柱板節點的連接強度，該工程采用如圖3 所示的柱板節點連接結構。該柱板節點結構包括樓板、型鋼柱底板、定位箍筋、混凝土、異形連接構件和型鋼柱；型鋼柱由型鋼腹板、加勁肋板、型鋼翼緣和吊耳板在工廠焊接而成，型鋼腹板四周設置型鋼翼緣，型鋼翼緣側部設置加勁肋板，型鋼翼緣上部設置吊耳板，吊耳板設置吊耳孔；在型鋼混凝土板柱節點處的型鋼柱連接通過異形連接構件將吊耳板和型鋼柱底板連接，異形連接構件由L形滑絲筋、豎形滑絲筋、高強套筒和鋼筋焊接而成，豎形滑絲筋與L形滑絲筋通過高強套筒連接，L 形滑絲筋側部設置鋼筋。

圖3 鋼-混凝土組合結構柱板節點示意圖

施工時，先對吊耳板和型鋼柱除銹，異形連接構件穿過吊耳板的吊耳孔和墊片固定在吊耳板上，通過扭轉高強六角螺母來保證異形連接構件的垂直度，將4個豎形滑絲筋控制在同一標高處，通過綁扎定位箍筋將4 個異形連接構件連接；待型鋼柱頂部的柱帽處鋼筋綁扎完畢后，澆筑C30混凝土，振搗養護后完成下部型鋼混凝土柱施工；清理柱帽表面，將墊層鋪設平整，定位后將型鋼柱底板栓接固定在柱帽上部，將型鋼柱底板上部的型鋼柱與型鋼柱底板焊接。

3 鋼-混凝土組合結構鋼柱拼接節點關鍵技術

如圖4所示，鋼柱拼接結構包括定位直桿、定位耳板、型鋼腹板、加勁肋板、型鋼翼緣、定位筒凸口和定位筒；其中，定位直桿焊接在十字形的型鋼腹板上部中間，保證了上部型鋼柱的垂直度，在型鋼腹板上部兩側焊接定位耳板，限定了上部型鋼柱在同一水平面的位移；型鋼腹板下部設置定位筒凸口和定位筒。

圖4 鋼-混凝土組合結構鋼柱拼接節點示意圖

工廠預制時，對型鋼柱拼接結構進行預拼，滿足要求后方可運送至施工現場；吊裝時，定位筒凸口與定位直桿對準且上部型鋼腹板與下部型鋼腹板對準后緩慢下放，剛好上部型鋼腹板卡在定位耳板內，上下部的加勁肋板鉆孔后用高強螺栓連接。

4 鋼-混凝土組合結構梁柱節點施工關鍵技術

如圖5 所示，該工程中的梁柱節點結構主要包括型鋼腹板、型鋼翼緣、鋼板套筒、L形架立筋、梁上部縱筋、梁下部縱筋、上腹板凹槽、下部型鋼凸腹板、固定焊條、環形抱箍、定位螺旋拉桿、弧形定位墊片、定位旋把；其中，在型鋼翼緣和型鋼腹板處焊接鋼板套筒，鋼板套筒用鋼板和套筒焊接而成，梁下部縱筋穿設在鋼板套筒內，梁上部縱筋搭設在下部型鋼凸腹板上部，下部型鋼凸腹板位于下部型鋼腹板的頂部，梁上部縱筋和梁下部縱筋通過L 形架立筋連接；上部型鋼腹板底部的上腹板凹槽與下部型鋼腹板頂部的下型鋼凸腹板相配合，將定位螺旋拉桿穿設于上部型鋼腹板底部的定位孔內，定位螺旋拉桿一端的弧形定位墊片與下部的型鋼翼緣貼合，定位螺旋拉桿上設置定位旋把，旋轉定位旋把改變定位螺旋拉桿長度，從而將上部型鋼柱定位，上部型鋼翼緣和下部型鋼翼緣通過固定焊條連接固定，固定焊條通過環形抱箍連接在一起。

圖5 鋼-混凝土組合結構梁柱節點示意圖

工廠預制時，對型鋼柱梁柱結構進行預拼；下部型鋼柱安裝完成后，在型鋼翼緣和型鋼腹板處焊接鋼板套筒，梁下部縱筋穿在鋼板套筒內，梁上部縱筋搭設在下部型鋼凸腹板上，用L 形架立筋將梁上部縱筋和梁下部縱筋連接；上部型鋼柱吊裝時，將上部腹板凹槽和下部型鋼凸腹板對準后，將定位螺旋拉桿穿于定位孔內，定位螺旋拉桿一端的弧形定位墊片與下部的型鋼翼緣貼合，通過旋轉定位旋把調整上部型鋼柱前后位置，型鋼翼緣連接處焊接固定焊條使上下部型鋼柱連接固定，最后用環形抱箍將固定焊條連接在一起。

5 結論

結合某實際工程，該文以型鋼-混凝土組合結構為研究載體，分別從柱板節點、鋼柱拼接節點、梁柱節點等方面開展連接關鍵技術研究，得出主要結論如下。

（1）針對鋼-混凝土組合結構中的板柱節點連接，采用異形連接構件將吊耳板和型鋼柱底板連接，替代傳統的L形預埋筋，有效加強了上下型鋼柱連接性能，加快了施工效率，防止節點處混凝土空洞。

（2）針對鋼-混凝土組合結構中的鋼柱拼接，通過定位直桿和定位耳板定位，加快了施工效率，通過在加勁肋處栓接高強螺栓形成穩定的整體，有效提高了型鋼柱拼裝節點的抗震性。

（3）針對鋼-混凝土組合結構中的梁柱節點連接，梁下部縱筋通過鋼板套筒分別與型鋼翼緣和型鋼腹板連接，梁上部縱筋通過L 形架立筋與下部縱筋定位固定，加強了梁柱節點的穩定性；通過旋轉定位旋把改變定位螺旋桿長度，從而改變上部型鋼柱位置，大幅度減小此節點處上下型鋼柱定位工作量，增強了鋼混梁柱連接性能。