型钢混凝土结构梁柱节点的分析与施工过程控制

张常青 王刚 董昆

摘要：型钢混凝土组合是钢和混凝土组合结构中的一种形式，在其他国家已经有了非常多的应用。本文对梁柱节点构造要求、节点受力性能以及其影响因素、型钢混凝土结构梁柱节点施工进行了分析，对于我们的实践工作有一定指导意义。

关键词：型钢混凝土 梁柱节点；施工控制措施

中图分类号：TV331文献标识码： A

引言

伴随着社会的发展，当前建筑的要求也越来越高。在这种背景下，型钢混凝土机构可以很好的满足当地建筑需求，也正因为这一原因，使得其在高层结构以及超高层建筑中应用越来越多。不过由于此类结构施工过程中土建以及钢结构交叉作业难度较大，尤其是节点位置钢筋形式非常复杂，而且过于集中，因此做好这方面的研究及处理是非常有必要的。

一、型钢混凝土结构梁柱节点的分析

1、梁柱节点构造要求

在钢—混凝土组合结构构成的柱、梁以及框架中，具有非常多样的形式。针对柱来说，可以分为钢筋混凝土柱、核心型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、配芯筋混凝土柱以及核心型钢混凝土柱等；至于梁，则其形式可以分为型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁以及型钢梁等。在柱和梁进行连接的过程中，节点的形式也比较多，而这些节点构造过程中由于受到施工、材料等因素的影响，导致存在着一些比较不合理的地方。

在钢—混凝土组合结构中，型钢混凝土组合结构属于其中的一种形式，在其设计的过程中，不仅要对其承载力设计进行强调，还要对构造设计进行重视，特别是在一些高层建筑物结构设计过程中，除了要满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”等一般原则，还要结合具体的施工情况确保其符合设计要求、相关规范要求以及业主的特殊要求。以下将对型钢混凝土梁柱节点构造中的设计要点进行分析。

2.梁柱节点形式

对于型钢混凝土梁柱节点来说，其连接构造要保证传力明确、构造简单以及方便施工，一般来说，型钢混凝土组合结构梁柱连接要采取以下3种形式：钢筋混凝土梁和型钢混凝土柱的连接、型钢混凝土梁和型钢混凝土柱的连接、型钢混凝土梁和钢筋混凝土柱的连接。考虑到施工中的实际情况，以下将针对型钢混凝土梁和型钢混凝土柱的节点为例进行探究。

3.节点一般构造

在各类梁和型钢混凝土柱的连接中都应使用柱钢骨贯通型，选择柱内型钢芯柱截面形状的时候要对方便梁纵向钢筋贯穿节点区域进行考虑，防止出现梁纵向钢筋贯穿型钢芯柱翼缘的情况发生，此外还要降低梁纵筋贯穿型钢腹板的数量，确保柱形刚腹板由于开孔所形成的截面损失率小于25%，一旦超出了这一百分比则要使用一些补强措施。

柱内型钢和梁内型钢在节点以内要使用刚性连接，节点位置的柱型钢将和梁型钢上下翼缘处对应，厚度和梁端型钢翼缘一致，而且要大于12mm，水平加紧肋应在角部进行排气孔的设置，使混凝土浇注更为有利。

4.型钢连接方式

在当前梁柱型钢间现场连接的过程中，主要使用的方式有栓焊混合连接和全螺栓连接这两种方式。其中，栓焊混合连接这种方式主要是使用全熔透焊缝连接把梁钢骨翼缘和柱钢骨翼缘连接起来，焊在柱钢骨翼缘上的竖版和梁钢骨腹板之间使用摩擦型高强度螺栓进行连接，此方法在国外有着较为广泛的应用。至于全螺栓连接，则是先工厂焊接悬臂梁段到柱钢骨翼缘之上，然后再通过高强度螺栓把悬臂梁段和梁钢骨连接在一起，全螺栓连接方式在日本有比较多的应用。

二、节点受力性能以及其影响因素

通过分析我国这方面的试验资料可以看出来低周反复荷载下型钢混凝土梁柱节点具有比较好的延性和刚度，对提升节点抗剪承载力以及抗裂度比较有利，而且可以提升结构耗能能力，避免节点出现脆性破坏。

1. 抗剪承载力

型钢混凝土梁柱节点中包含着型钢，而型钢又会参与到其工作过程中，使其多了一个抗力因素。此外，由于翼缘框会对核心区的混凝土产生约束作用，这就使得节点位置的极限承载力以及裂度相对于普通混凝土梁柱节点都要高很多。在节点抗剪承载力方面，主要的影响因素包括型钢含钢率、型钢腹板、节点位置箍筋的配筋率、型钢形式、混凝土强度等级以及轴压比等。

2.延性及耗能

通过研究节点荷载的相关试验曲线可以发现，对于型钢混凝土节点来说，无论是在延性上，还是在耗能方面，其都要比钢筋混凝土节点优秀很多。具体来说，钢筋混凝土节点的承载力一旦到达极限之后就会出现急剧下降，而型钢混凝土节点则受到塑化作用的影响，在其达到极限之后承载力则会比较缓慢的下降，具有比较丰满的滞回环。在这方面主要的营销因素包括型钢节点形式、含钢率、轴压比以及配箍率等。

3.核心区刚度退化以及剪切变形

通过对型钢混凝土结构梁柱节点进行相关的试验发现，依照（GB50010—2002）《混凝土结构设计规范》配有最小配箍量的型钢混凝土节点，在相同条件下，剪切变形相对于普通混凝土节点要小得多，而且刚度退化也比较缓慢。在这方面的影响因素主要包括核心区约束程度、节点内梁筋的锚固情况。

三、对型钢混凝土结构梁柱节点施工控制

为减少型钢与模板、钢筋施工的交叉影响，将其一项项分解解决，在各分项工程施工中采取了以下措施：

1）型钢安装及连接

腹板及翼缘板均为全熔透坡口焊一级焊缝，为了提高施工进度，在混凝土浇筑之前即将型钢吊装到位，用连接耳板进行连接固定。待混凝土浇筑完后再进行准确定位焊接，在安装过程中，始终在纵横2个方向用经纬仪进行定位，保证了安装和连接效果。焊缝全部探伤，保证施工质量。

2）箍筋施工

型钢框架柱截面1200mm×1200mm，型钢截面600mm×300mm，因此有约1/3箍筋与型钢相遇，以及梁柱节点处由于型钢牛腿的存在，使得按正常方式箍筋无法施工。为此，经与设计协商，将箍筋设计为异型八角箍筋。采用此种技术处理办法减少了关联工序的交叉作业问题，解决了型钢处箍筋的施工问题并解决了柱箍筋在此部位的加密问题，避免了窝工，提高了施工效率和加快了施工进度。

3）梁柱节点施工

在梁柱节点处，梁为钢筋混凝土梁，框架内含型钢，因此此处梁纵向受力筋的安装连接成为施工中的一大难点。设计中在梁柱节点处增加焊接牛腿，即部分梁筋可与牛腿相焊，其余梁筋穿过型钢。采用了如下技术措施。

与翼缘板相遇的梁受力筋与牛腿相焊，型钢内与翼缘板外的梁受力筋在腹板上打眼通过，型钢之外的梁受力筋可正常通过不受型钢影响。先对本节点部位进行二次深化设计，根据纵横梁筋的排布位置，确定牛腿的标高及高度方向的尺寸和腹板需打眼的准确部位。型钢加工时，根据此二次深化设计图纸进行加工，禁止在工地现场进行打眼等加工作业。在此要求钢构件的加工精度必须达到规范要求，否则将给现场的施工造成很大困难，甚至返工。

在实际施工过程中，梁二排筋的平焊或仰焊，焊接施工不便，进度缓慢且工程质量不易保证，经与设计协商，采用先将直螺纹套筒焊接在型钢上再与钢筋连接。在焊接过程中，为确保焊接质量，均进行工艺焊接试验后，可大面积施焊。此项技术措施大大加快了施工进度，节约了施工成本。

4）施工措施

型钢混凝土框架柱混凝土施工中，经与设计协商，对箍筋形式进行改造，使之形成网格状。同时对封闭箍的架立筋进行改造，取消了部分架立筋，在网格内均可方便浇筑混凝土及振捣工作，在按此种方式安装的箍筋，进行高强混凝土的浇筑和振捣。框架柱拆模后，混凝土养护液紧接着跟上，以便保证混凝土强度的正常增长。经同条件、标养及现场实体结构检测，混凝土强度达到了设计要求。

结语

相对于钢筋混凝土结构，型钢混凝土组合结构具有非常大的优势，对于提升构件延性、抗震性能、耐火性以及耐久性能非常有利。但是由于本文篇幅所限，有很多内容难以展开，因此，还希望各位同行能够加强这方面的学习及探索，使其获得更好、更广泛的应用。

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