浅论钢混凝土连接节点设计

赵永福，赵炜鹏，孙海涛

(1.新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油大学（华东）,山东 青岛266555）

浅论钢混凝土连接节点设计

赵永福1，赵炜鹏2，孙海涛1

(1.新疆石油勘察设计研究院（有限公司），新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油大学（华东）,山东 青岛266555）

通过工程实例，简单论述了型钢混凝土节点设计形式、规范要求、节点处理方式、施工注意事项等内容，尤其对非正交型钢混凝土连接节点阐述了自己的见解和经验，对于类似工程具有一定的参考价值。

型钢梁;型钢柱;连接节点

1 引言

随着社会的发展，型钢混凝土结构应用也日益广泛。所谓型钢混凝土组合构件是由混凝土、型钢、纵向钢筋、箍筋组成的受力构件，主要包括型钢柱、型钢梁。梁、柱内的型钢可以采用工字钢、方钢、钢管等形式，这种组合结构可以大大提高梁、柱承载力，减小梁、柱截面，特别适用于大跨度、大空间及高层结构。

本文结合工程实例，论述了非正交型钢混凝土结构的节点设计及节点构造等内容。

2 节点形式

2.1 型钢梁与型钢混凝土柱的连接

型钢梁与型钢混凝土柱的连接比较简单，与钢框架结构连接相似，主要有梁柱直接连接和悬臂梁段连接两种方式。笔者建议一般宜用悬臂梁连接，因为这样施工方便，施工周期短，且悬臂梁与柱的焊接在工厂预制，这样可以保证施工质量。

2.2 钢筋混凝土梁与型钢柱连接

钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的连接主要采取纵筋直接贯通法、钢筋混凝土环梁-抗剪键等方式。

纵筋直接贯通方式在型钢混凝土柱内的型钢截面较小或混凝土梁纵筋较少时，应用比较方便，如果不能满足以上条件，将在型钢柱上开较多的孔。这就给施工带来了很大的麻烦，因为开孔一般采用机械钻孔，在工厂加工时完成，定位要求非常准确，如果稍有偏差，现场施工时钢筋无法与孔的位置一一对应，容易造成返工和材料的浪费。这种节点要求施工精度高，钢筋工与型钢厂必须密切配合，以免给后期施工带来麻烦。

如果采用钢筋混凝土环梁-抗剪键的方式连接，除满足构造要求外，设计人员需要核算环梁的强度、环梁纵筋的面积等。目前大部分软件没有这种计算模式，因此，需要手工计算，给设计带来一定的难度。

2.3 非正交型钢混凝土梁、柱连接

对于正交的型钢混凝土梁柱连接较为常见，但实际工程中，往往由于建筑布置需要，型钢梁与型钢柱非正交。笔者就遇到了一个这样的例子，该工程为直径为16m的圆形大厅，由于建筑专业布置，造成厅内的型钢混凝土柱与型钢混凝土梁非正交。针对这种情况，笔者在型钢混凝土梁、柱连接处，钢柱用钢板补强。如果型钢混凝土柱内型钢设计为矩形方钢，应采用图1所示连接方式[1]。

图1 型钢节点（一）

如果柱内型钢用钢管，设外翼缘板与型钢梁或钢梁连接，或柱设计为钢管混凝土，与型钢梁连接时，可以采用如图2所示连接。

图2 型钢接点（二）

以上两种方式中：第一种连接方式施工复杂，型钢梁未直接与型钢柱连接，而是靠补强钢板，传力不明确，且型钢混凝土梁的水平纵筋穿柱的次数较多（由于非正交，有的纵筋要穿两次翼缘板和两次腹板），这需要很高的施工技术提前开孔，对钢柱截面损伤较大；第二种连接方式与钢管柱的连接中施工简单，传力明确，型钢混凝土梁的水平纵筋需穿钢管柱次数较少，降低了施工难度。

综合比较，笔者建议采用第二种连接，即型钢柱内的型钢采用钢管，充分利用钢管各向性能相同的优点，施工相对简单，传力直接。

2.4 柱脚的处理

型钢混凝土柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种。根据设计经验，笔者建议采用埋入式柱脚，且柱内型钢应在基础埋入部分增设栓钉，以增加锚固力。如果采用非埋入式柱脚，那么混凝土柱的纵筋必须穿过钢柱脚底板，施工麻烦，节点复杂，钢柱底板开孔较多，影响钢板强度。

2.5 型钢混凝土梁与型钢混凝土梁的连接

钢梁与钢梁的连接有两种连接方式，即连续梁、铰接梁设计。如果采用连续梁设计，应采用翼缘焊接，腹板栓接或翼缘与腹板均栓接等方式；如果采用铰接，那么仅腹板栓接或焊接。并且，无论哪种连接，型钢混凝土梁的腰筋应穿过钢梁的腹板。

3 注意问题

3.1 区分主要的截面模量和惯性矩

钢结构计算中，经常碰到Wn、W、Wpn、Wp等参数，为避免混淆，笔者简单汇总了这4个参数的意义及计算公式。

Wn用于受弯及拉（压）弯构件强度计算，是指截面外边缘（受拉或受压）处抗弯截面模量，等于In/y，In为净截面（扣除孔部分）对中和轴的惯性矩；W用于受弯及拉（压）弯构件稳定计算，是指截面受压外边缘处抗弯截面模量，等于I/y；I为毛截面（不扣除孔部分）对中和轴的惯性矩。

Wpn用于受弯构件塑性设计中的强度计算，等于净截面（扣除孔部分）对中和轴的静矩绝对值之和；Wp用于受弯构件塑性设计中的稳定计算，等于净截面（不扣除孔部分）对中和轴的静矩绝对值之和。

W和Wn通过塑性发展系数考虑了部分塑性发展，而Wpn和Wp是截面完全塑性情况下的截面模量。

3.2 极限承载力验算

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）[2]第8.2.8条的规定：钢结构构件连接应按地震组合内力进行弹性设计，并应进行极限承载力计算；梁与柱连接弹性设计时，梁上下翼缘的端截面应满足连接的弹性设计要求，梁腹板应计入剪力和弯矩。梁与柱连接的极限受弯、受剪承载力，应符合式（1）要求：

对于型钢混凝土节点中的钢结构连接也应满足这一要求。

解决方案：根据强连接弱构件的设计特点，采取如下技术措施。

3.2.1 在梁上下翼缘处加楔形板

通过在梁端上下翼缘处加楔形板，增大全熔透坡口焊缝的长度，从而增加了焊缝的极限抗弯承载力。

3.2.2 在梁上下翼缘加楔形盖板

通过在梁端上下翼缘处加楔形盖板，增大全熔透坡口焊缝的高度，从而增加了焊缝的极限抗弯承载力，且应保证梁翼缘厚与楔形盖板厚之和应小于柱翼缘的厚度。

3.2.3 狗骨法

通过设置狗骨式节点连接方式，削弱梁端的全塑性受弯承载力以达到满足规范的要求。但该种方式计算复杂，不能精确确定削弱位置及削弱尺寸，因此笔者建议采用经验法，在距梁端0.1梁高处削弱。

【1】JGJ138—2001型钢混凝土组合结构技术规程[S].

【2】GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].

Discussion on theDesignof SteelConcreteConnection Node

ZHAO Yong-fu1，ZHAO Wei-peng2，SUNHai-tao1
（1.XinjiangPetroleum SurveyandDesign Institut(Co.Ltd.,)Karamay 834000，China；2.ChinaUniversityofPetroleum(HuaDong),Qingdao 266555，China)

In this paper,the main through engineering examples,and briefly discusses the steel reinforced concrete joints design, specificationsand node processing,construction attention items of,especially for non orthogonal type steel concrete connections described theirviewsandexperience,forasim ilarprojecthasacertain referencevalue.

steel;steelcolumn;connection

TU375.1;TU375.3

A

1007-9467（2016）08-0048-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.007

2016-02-29

赵永福（1966～），男，甘肃武威人，高级工程师，从事结构设计与研究，（电子信箱）827703827@qq.com。