钢梁与混凝土梁连接节点设计探讨

黄 帆

(巴斯夫(中国)有限公司，上海 200233)

Fl≤1.35βcβlfcAln

Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfyv)Aln

Fl≤1.2ftημmh0

Fl≤0.5ftημmh0+0.8fyvAsvu+0.8fyAsbusinα



钢梁与混凝土梁连接节点设计探讨

黄 帆

(巴斯夫(中国)有限公司，上海 200233)

对钢结构梁与混凝土主梁连接节点的不同做法进行了受力分析，总结了不同做法的性能特点，通过对承载力进行验算，给出了较大荷载情况下钢梁与混凝土主梁连接的合理做法。

钢结构梁，混凝土主梁，连接节点

0 引言

随着建设发展，工程中钢与混凝土混合使用的结构越来越多，工业项目中经常需要用到钢梁与混凝土主梁连接。这种连接节点，现有标准及规范未给出明确描述及具体要求，一般都是依据个人经验设计。本文对于钢梁与混凝土主梁的连接节点的两种不同做法的承载能力和特点，进行了分析和比较，并给出了可靠做法。

1 钢梁与混凝土主梁连接的一般做法

1.1 做法简介

按照现有标准图集一般做法，钢梁与钢筋混凝土主梁的连接节点如图1所示。

该种连接节点，钢梁的荷载通过T型连接件传递到混凝土梁侧的预埋件上，最后由钢筋混凝土梁承担。该节点的承载能力取决于以下几个最小值：预埋件的承载能力、连接件与钢梁腹板之间的栓焊混合连接承载能力、钢梁本身的承载能力。

1.2 承载力验算

按尽可能让预埋件的承载能力达到最大的原则，假设如下，采用埋板面积750×750(未注明单位为mm，以下同)，厚度20，Q345级钢，锚筋采用φ25的HRB400钢筋，4×4排共16根，预埋板所受剪力偏心距e=100，混凝土等级C35。根据GB50010—

2010混凝土结构设计规范9.7.2条公式：

(1)

(2)

经计算，并按11.1.9条考虑抗震，该预埋件最大的抗剪承载力设计值为340kN。

连接件采用8.8级d20的Q235普通螺栓与钢梁螺栓单剪与焊接混合连接，不考虑焊接部分，假定由螺栓承担全部剪力，根据GB50017—2003钢结构设计规范7.2.1条计算单个螺栓承载力设计值100.5kN。螺栓承载力公式如下：

(3)

(4)

最大剪力设计值为340kN时共需连接螺栓4个，分布在腹板上，钢梁高度需要450以上，假定钢梁采用HN450×200×9×14的Q235型钢,根据GB50017—2003钢结构设计规范4.1.2条计算钢梁抗剪承载力设计值为447kN,公式如下：

(5)

可见，钢梁本身承载能力远大于预埋件承载力340kN。另外，同材质型钢HN400×200×9×135梁的抗剪承载力为357kN，也大于该预埋件抗剪承载力。

1.3 分析总结

综上所述，钢梁与混凝土梁连接的这种节点做法，其承载能力主要由预埋板的受剪承载力控制。由于承载能力有限，只适用于高度在400mm以下截面的钢梁与混凝土梁的连接，仅可用于荷载较小的一般民用建筑楼面中。对于承受重型荷载的工业结构中较大截面钢梁的连接，这种节点本身的承载能力已经满足不了设计要求。

这种节点，连接件由安装螺栓和焊接混合受力，需要在现场焊接，施工不方便。

另外，这种节点做法尤其是栓焊混合连接在地震作用下的破坏机制和可靠性尚不明确，在抗震设防等级较高的情况下也应慎重使用。

2 钢梁与混凝土主梁连接的改进做法与讨论

2.1 做法简介

为了避免钢梁与混凝土梁连接中预埋板的承载力不足的缺点，可以在混凝土梁侧设配筋挑耳，钢梁的荷载直接传递到混凝土挑耳上，同时钢梁腹板与梁侧预埋件由安装螺栓连接，起到支撑作用，做法详见图2。

这种连接做法，荷载是由混凝土主梁梁侧的配筋挑耳承担，结构设计时要保证挑耳的承载力不小于钢梁本身的承载力，需验算配筋挑耳的局部受压承载力和受冲切承载力。

2.2 承载力验算

考虑楼面荷载较大的情况，假设结构计算钢梁需要用Q345的钢梁截面为HN600×200×11×17，根据式(5)，梁本身抗剪承载力设计值为1 030kN。

局部受压截面尺寸复核，挑耳平面形状为梯形，假定尺寸如下：梯形高350，上底宽600，下底宽1 300，挑耳立面高500。混凝土等级C35。挑耳顶部预埋面积为400×250、厚度为20的钢板，直接承受钢梁的压力。根据GB50010—2010混凝土结构设计规范6.6.1条，混凝土局部受压面部Aln取钢板面积400×250，局部受压计算底面积Ab取600×350，算得挑耳局部受压承载力3 270kN，大于钢梁传来的最大荷载，截面尺寸满足要求，公式如下：

Fl≤1.35βcβlfcAln

(6)

挑耳局部受压所需网式配筋计算，承受钢梁的最大荷载1 030kN，混凝土挑耳内双向网式配筋，配筋混凝土核心面积为450×300，根据GB50010—2010混凝土结构设计规范6.6.3条，算得所需网式配筋体积配筋率ρv为负值，说明挑耳仅需按构造配置局压网式钢筋(见图3钢筋②和钢筋③)，计算公式如下：

Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfyv)Aln

(7)

挑耳的抗冲切承载力验算，假定破坏冲切面垂直于沿混凝土主梁梁侧，根据GB50010 6.5.1，不配箍筋和弯筋情况下的受冲切承载力为643kN，远远小于钢梁的荷载1 030kN。抗冲切承载力不满足要求，需要按照计算配置箍筋(钢筋②)和弯筋(钢筋①)。假定挑耳配HRB335箍筋φ10@100(4)，沿挑耳高度范围在侧面配HRB335水平弯筋4φ22。根据GB50010 6.5.3-1，6.5.3-2，算得配置箍筋和弯筋的挑耳受冲切承载力为1 102kN，大于钢梁的荷载，满足承载力要求。公式如下：

Fl≤1.2ftημmh0

(8)

Fl≤0.5ftημmh0+0.8fyvAsvu+0.8fyAsbusinα

(9)

根据以上局部受压和受冲切承载力计算，可以看出，这种连接节点的承载能力是由混凝土挑耳的抗冲切承载力控制，结构设计时可以根据钢梁的截面和荷载条件计算所需要的抗冲切箍筋和弯筋。通过选用合理的挑耳截面尺寸和配置足够的钢筋，这种节点可以用于承受楼面荷载较重的大截面钢梁与混凝土主梁的连接。

2.3 总结建议

综上所述，钢梁与混凝土主梁的挑耳式连接，承载力较大，强度能够满足设计要求。安装相对简单，施工方便。钢梁与挑耳的铰接搭接，以及腹板与预埋件的螺栓连接，在地震作用下，也能够提供足够的延性和耗能能力，具有较好的抗震性能。

根据计算和构造需要，挑耳部位的配筋设置如图3所示。其中，钢筋①为抗冲切弯筋，钢筋②为抗冲切箍筋，需要计算确定。钢筋③按构造配置，和钢筋②一起作为局部抗压钢筋网。钢筋④为附加吊筋，可以把挑耳承受的荷载传递到混凝土主梁的上部，根据受力情况合理配置。

3 结语

对于钢梁和混凝土主梁的连接节点，需要综合考虑连接强度、抗震性能、施工等各方面因素，设计出强度满足要求、抗震性能好、施工方便的做法。本文通过承载能力分析和性能总结，提出了较为合理的做法，但仍需进一步研究其性能。

[1]GB50010—2010,混凝土结构设计规范.

[2]GB50017—2003，钢结构设计规范.

[3]易文新.高层建筑钢结构连接节点的抗震设计.中外建筑，2013(8)：120-121.

Inquiryonconnectionjointdesignofsteelbeamandconcretebeam

HuangFan

(BASF (China) Co., Ltd, Shanghai 200233, China)

Thepaperanalyzesdifferentconnectionjointstressofsteelbeamandmajorconcretebeam,summarizestheirperformancecharacteristics.Throughcheckingthebearingcapacity,itshowsrationalconnectionmethodsofsteelbeamandmainconcretebeamunderlargeloadcondition.

steelbeam,majorconcretebeam,connectionjoint

1009-6825(2015)21-0026-02

2015-05-10

黄 帆(1979- )，男，工程师

TU

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