型钢柱与混凝土梁节点做法分析

葛然 赵阳

(中建一局集团第一建筑工程有限公司，上海 201100)

0 引言

钢作为建筑材料开始广泛运用在高层、超高层建筑的施工中。钢作为建筑材料，具有高强、延展性能好的优点，也具有耐久性、防火性能差的缺陷。为更好的发挥钢的优势，节省材料的使用，型钢混凝土结构应运而生。

1 型钢混凝土梁柱连接做法

型钢混凝土组合结构不断发展，对于型钢柱与混凝土梁的连接形式做法的研究也不断深入。将型钢柱与混凝土梁两种不同的结构形式构件在节点处有效组合，其内力传递比纯钢结构或钢筋混凝土结构更为复杂，同时具有两种结构形式的特点［1］。考虑节点性能可靠及施工可行性，目前常见的型钢柱与混凝土梁的连接做法为如下五种［2］:

1)设穿筋孔。即在柱钢骨腹板上对应梁纵筋位置留设穿筋孔，使梁纵筋不间断直接穿过柱钢骨。穿筋孔位置根据梁底标高、梁面标高、梁保护层厚度及正交方向梁钢筋上下关系确定，并于钢骨加工时预留。2)钢筋接驳器。钢筋接驳器是内部带有螺纹的钢管，与直螺纹连接套筒的形式相同。钢筋接驳器焊接于钢骨上，梁纵筋端部加工出螺纹后，通过钢筋接驳器与钢骨进行连接。钢筋接驳器多用于钢骨翼缘板范围内钢筋与钢骨的连接，即腹板范围内梁纵筋依旧可通过钢骨开孔穿过钢骨。3)钢牛腿。采用钢牛腿连接时，节点处用钢量有所增加，对梁端抗剪性能可产生一定的有利影响;但钢牛腿的存在造成节点处构件更为复杂，钢牛腿的存在使得柱纵向钢筋及箍筋施工难度加大，对结构整体性能产生影响。4)设置短钢梁。设置短钢梁做法与钢牛腿做法有所相似，但设置短钢梁时，需在钢梁上下翼缘处设置栓钉，以提高钢梁与混凝土的连接能力。短钢梁较设置钢牛腿的优势在于，梁纵筋与钢梁连接时无需焊接，仅需满足搭接长度，这将大大降低现场钢筋施工的难度，提高施工控制质量。设置短钢梁适用于各种节点情况，包括混凝土梁与钢梁连接、混凝土梁与柱斜交、梁柱节点配筋复杂等;但设置短钢梁将大幅提升钢材的用量，同时，钢梁范围内的柱纵筋需设置接驳器进行连接。5)综合法。在实际工程中，由于梁纵筋可能数量众多，单一的做法不能很好的满足梁纵筋的连接需求。综合法即根据实际情况，将上述两种及两种以上方法进行组合使用，以更好满足梁纵筋连接要求。其中以钢骨开孔与钢牛腿组合、钢骨开孔与钢筋接驳器组合使用最为常见。

2 梁柱节点做法的选用

1)考虑梁纵筋的连接方式。梁柱节点做法选用首先应考虑梁纵筋与型钢柱钢骨之间的连接关系。混凝土梁纵筋无论如何排列，均有一定数量的梁纵筋处于型钢钢骨范围内，梁柱节点做法应设计该部分钢筋与钢柱连接方式及传力的途径。采用梁纵筋在型钢两侧断开后连接的做法，应在钢骨与连接处等高位置设置加劲板，加强该处钢骨的整体性能，增强其抗弯、抗剪性能。2)考虑现场可操作性。现场施工过程中的可操作性是梁柱节点做法选用必须考虑的问题。除钢骨开孔外，无论采取其他何种连接方式，节点处用钢量或钢筋量均有增加，对应节点处原有柱纵筋、柱箍筋可能受到影响。钢骨截面较大，钢骨与柱筋之间间距较小时，若采用钢牛腿时柱主筋则还需穿过钢牛腿，导致施工难度增加。3)考虑对混凝土密实性的影响。连接做法对混凝土浇筑密实程度会产生重要的影响。如采用钢筋接驳器时，由于钢筋接驳器外径大于钢筋直径，若相邻两个钢筋接驳器距离过近，则可能导致混凝土浇筑时两接驳器之间无法填充入骨料，降低该处的混凝土密实度及钢筋的握裹力;或采用两层钢牛腿时，若两层牛腿之间间距过小，两层牛腿之间混凝土不易浇实。

3 实例分析

3.1 工程概况

杭州某工程为集办公、酒店于一体的综合性建筑，建筑高度200 m，框架—剪力墙结构，地下3 层，地上43 层。每层含型钢柱36 根。型钢柱中钢骨为十字形、H 形，其钢骨、加劲板均采用Q345B钢材，锚栓及其他预埋件采用Q235B 钢材。

建筑柱网尺寸为9 m×9 m，型钢柱典型截面尺寸地下为1 600 mm×1 600 mm、地上为1 400 mm×1 400 mm，与型钢柱相交混凝土梁典型截面尺寸为650 mm×700 mm。典型节点如图1，图2 所示。

图1 梁柱节点做法

图2 型钢钢骨截面

根据设计要求，本工程梁柱节点采用多种连接方式:钢骨翼缘范围内，第一排钢筋采用与牛腿焊接，第二排钢筋采用钢筋接驳器的形式;翼缘范围外，钢筋采用钢骨开孔纵筋直穿的形式。

3.2 施工要点及质量控制

1)节点深化。由于节点处钢骨开孔、接驳器及钢牛腿焊接均在钢结构加工场完成，节点深化首先应确定钢骨开孔数量、接驳器数量、牛腿板及接驳器标高。现场典型节点中，钢骨截面为十字形，与正交双向梁相交。a.钢骨开孔。钢骨上设置穿筋孔时，应根据穿过钢筋的直径及数量开设。穿筋孔直径应比钢筋直径略大以便于钢筋穿过。两向均有梁纵筋需穿过钢骨时，两向的穿筋孔标高要相互错开，以便于两向梁纵筋的上下排布。b.钢牛腿及接驳器。双向钢牛腿及钢筋接驳器标高一致，牛腿设置标高可按以下公式确定:上牛腿设置标高=梁面标高-钢筋保护层厚度-梁纵筋直径-箍筋直径;下牛腿设置标高=梁底标高+钢筋保护层厚度+箍筋直径+牛腿板厚度。

2)钢筋绑扎。a.柱筋排布。本工程型钢柱自建筑最下层起，在地下室底板施工时，型钢柱钢骨预埋柱脚螺栓施工完成后，在柱脚螺栓上放出钢骨翼缘板范围，自柱纵筋插筋时控制柱主筋位置。在确保柱钢筋保护层厚度及柱纵筋间最小净距(50 mm)的情况下，尽量减少翼缘板范围内柱纵筋的数量，本工程按翼缘板范围内纵筋间距250 mm～300 mm 并不少于3 根控制。根据现场实际操作情况说明，柱筋间距调整后，梁纵筋连接施工操作面得到很大改善，施工进度有所提高，更利于连接质量的控制。b.梁纵筋绑扎及焊接。梁纵筋绑扎按从下到上、从内到外的顺序进行。梁跨两端均为型钢柱时，梁纵筋绑扎需格外注意。梁跨两端均采用钢筋接驳器连接时，需在梁跨间设置钢筋接头。钢筋接头位置应符合钢筋连接的要求，同时，该处接头建议不采用直螺纹套管连接。

3)混凝土浇筑。节点处浇筑宜采用小粒径石子混凝土浇筑，梁柱节点处一次浇筑完成。当梁柱混凝土强度不一致时，梁柱节点浇筑强度与柱强度相同。梁柱节点浇筑时，采用小直径的振捣棒进行振捣，并且对于不同强度混凝土的连接处充分进行二次振捣，防止裂缝的产生。混凝土浇筑完成后，及时进行覆盖并进行浇水养护。

4 结语

型钢混凝土组合结构现已广泛运用在高层及超高层结构的建设中。型钢混凝土的梁柱节点为结构受力性能的重要部分，也是施工中质量控制的难点和重点。在节点处如何处理好型钢与钢筋的受力关系和传力路径，在现场施工中如何能实现设计意图，成为影响结构性能的很大因素。实际施工过程中，单一的连接方式往往无法很好的满足节点设计和施工的需求，多种连接方式的组合运用成为节点连接做法的发展方向。通过对连接方式和工程实例的研究和分析，得到型钢柱与混凝土梁连接节点在施工中的控制要点，提高节点的施工质量，从而保证整体结构的稳定性。

［1］郑山锁，李 磊.型钢高强高性能混凝土结构基本性能与设计［M］.北京:科学出版社，2012.

［2］侯敬会，左迎辉.浅析混凝土梁与钢骨柱连接的几种梁柱节点形式及其利弊［J］.建筑知识(学术刊)，2013(3):462-463.