型钢混凝土梁柱节点施工技术

2016-10-20张秀川丁全民郑雅静沈振川初焕冰

天津建设科技 2016年1期

关键词：纵筋梁柱钢柱

□文/张秀川丁全民郑雅静沈振川初焕冰

型钢混凝土梁柱节点施工技术

□文/张秀川丁全民郑雅静沈振川初焕冰

型钢混凝土结构是在混凝土内部配置型钢和钢筋的结构，是钢-混凝土组合结构的一种主要形式。针对施工中常涉及到的五种梁柱节点形式，文章从节点的构造设计和施工做了简要的分析和总结，提出了几点在后续研究中需要注重的几个问题。

型钢混凝土，梁柱节点，施工

型钢混凝土结构是在混凝土内部配置型钢和钢筋的结构，是钢-混凝土组合结构的一种主要形式。型钢混凝土结构由型钢、纵筋、箍筋和混凝土组成。这种结构由于具有承载能力高、结构构件尺寸相对混凝土结构较小、刚度大、延性好、耐火性好及抗震性能优良等优点，已经被越来越广泛的应用在高层、超高层及大跨度结构中。

1　工程概况

某超高层建筑位于天津市滨海新区，为两栋综合楼，其中A座高度177.3 m、B座高度99.6 m，两栋楼在地面以上完全分开，地下室连在一起。其中A座塔楼采用钢管组合柱框架-核心筒结构，框架柱内钢管、剪力墙及核心筒边缘构件内设置工字钢，关链楼层重要位置连梁设置型钢，其余框架梁及连梁采用普通钢筋混凝土梁。

在型钢混凝土结构中，节点的构造设计及施工对于保障结构质量安全起着非常重要的作用。

2　梁柱节点的构造形式

型钢混凝土梁柱节点的构造形式主要有4种：

1）型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁的节点连接；

2）型钢混凝土柱-型钢混凝土梁的节点连接；

3）钢筋混凝土柱-型钢混凝土梁的节点连接；

4）型钢混凝土柱-型钢梁的节点连接。

2.1型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁的节点连接

型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点连接应采用刚性连接，梁的纵筋应伸入柱节点并应满足钢筋锚固要求。这种连接主要包括钢管柱、矩形柱与钢筋混凝土梁的连接和十字柱、工字柱与钢筋混凝土梁的连接。节点形式主要有2种。

1）钢柱壁上开设预留钢筋孔，梁纵筋穿过预留孔进行连接，见图1。为保证节点处构件承载力，型钢腹板不宜多开孔，梁纵筋不宜设计成全部穿腹板形式，能绕行就绕行，见图3和图5，可以弯锚就弯锚，见图4和图6。若梁宽与钢柱直径相当或钢柱与梁偏心，则梁边缘钢筋可以采用绕行钢柱的方式进行连接，见图2。

图1　梁纵筋穿过钢管柱

图2　梁纵筋绕行钢管柱

图3　梁纵筋穿十字型钢柱

图4　梁纵筋在腹板处弯锚

图5　纵筋穿过十字柱翼缘

图6　纵筋在腹板处弯锚

钢柱上预留的钢筋孔孔径大小D =d+10 mm（D为开孔孔径，d为钢筋直径）并且要保证最边缘的预留孔与最外钢柱壁的距离≮70 mm。钢柱开孔要进行深化设计，对梁柱节点进行放样，定好梁纵筋的位置。在深化设计过程中，要注思以下几点。

（1）梁纵筋开孔位置避开柱子的纵筋（若钢柱不设置纵筋，则不必考虑这一点）。

（2）确定主梁与次梁的方向，要求主梁纵筋在下，次梁纵筋在上或者根据设计人员的要求来确定钢柱开孔的位置和高度。

（3）纵向与横向的梁纵筋开孔位置要高低错开，避免两个方向的梁纵筋出现冲突，给施工带来困难。

由于钢柱存在的缘故，进行完钢结构深化设计后，钢筋混凝土梁的纵筋排布与无钢柱时会存在差异，所以箍筋放样要在钢结构深化设计后进行，避免箍筋无法安装，造成浪费。若节点处梁纵筋数量较多，需要在钢柱上开较多数量的孔时，宜对开孔后的钢柱承载能力进行验算，经验算需要设置补强钢板的，宜设置补强钢板。

2）在钢柱或型钢外焊接翼缘钢板，梁纵筋端部设置钢套筒，将钢套筒焊接在已施工完毕的翼缘钢板上，焊接方式为双面焊，见图7。对于十字柱和工字柱来讲，边缘钢筋能绕行仍然采用绕行连接，不能绕行的则利用套筒焊接在翼缘钢板上，见图8和图9。这种连接方式具有以下优点：

（1）利用钢套筒与焊接在钢柱上的钢板进行焊接，在一定程度上节约了钢筋用量；

（2）简化了钢结构深化设计，不再对钢柱进行开孔放样；

（3）施工简便、节约工期；

（4）纵向与横向梁纵筋在同一水平高度进入柱内，无需交叉避让，不必对箍筋进行专门放样。

此种连接方式的不利之处在于增加了钢套筒的使用数量，对于工期要求特别紧张的工程，利用钢套筒进行连接还是比较便捷的。

图7　利用钢套筒将梁纵筋与钢管柱连接

图8　梁纵筋通过钢套筒与型钢柱连接

图9　纵筋焊接在接长板上

2.2型钢混凝土柱-型钢混凝土梁的节点连接

型钢混凝土柱内型钢柱与型钢混凝土梁内型钢梁的节点连接常见的形式为通过加强环梁或牛腿进行连接。在某些工程设计中，也会采用全熔透坡口焊，见图10；质量等级满足一级焊缝质量等级要求，将钢梁直接焊接在型钢柱上，见图11和图12。无论采用何种形式，在施工前均需要对节点进行钢结构深化设计，深化设计要对梁纵筋穿型钢柱、柱纵筋穿型钢梁进行放样，型钢柱预留穿筋孔孔径大小为D=d+8 mm，型钢梁预留穿筋孔孔径大小为D=d+10 mm，还要在梁腹板上设置柱箍筋预留孔，箍筋预留孔径大小为D=d+5 mm。同时，柱中型钢沿高度方向，在对应型钢梁上下翼缘位置设置水平加劲肋，为便于浇筑混凝土，加劲肋不宜通长设置，仅设置在型钢柱翼缘，为混凝土下料留置空间。

图1O　型钢梁与型钢柱的节点连接

图11　钢梁与十字型钢柱连接

图12　钢梁与H型钢柱连接

2.3钢筋混凝土柱-型钢混凝土梁的节点连接

钢筋混凝土柱与型钢混凝土梁的结构形式一般用于跨度较大的框架结构中，梁内的型钢在柱端不断开，直接通过。梁内的纵筋保持贵通，柱纵筋从型钢梁翼缘两侧和型钢梁翼缘预留孔中通过，见图13。在施工前，需要对型钢梁进行深化设计，根据结构图纸中的混凝土柱纵筋设计形式在梁翼缘预留好穿筋孔，孔径大小D=d+10 mm并需根据计算设置补强板。同时，在型钢梁腹板上预留柱箍筋孔，孔径大小D=d+5 mm。

图13　型钢梁与混凝土柱节点连接立面

2.4型钢混凝土柱-型钢梁的节点连接

这种结构和型钢混凝土柱-型钢混凝土梁的节点连接形式相似，区别就在于这种结构型钢梁外不做混凝土和梁纵筋结构，见图14。型钢梁焊接在型钢柱翼缘上，梁柱节点焊缝形式应满足设计要求，焊缝质量等级应满足设计要求。在施工前需要对这种形式的梁柱节点进行钢结构深化设计，深化设计要对柱纵筋穿型钢梁翼缘进行放样并定好预留孔的位置，纵筋预留孔孔径大小为D=d+10 mm，还要在型钢梁上相应位置设置柱箍筋预留孔，孔径大小为D=d+5 mm。同时，柱中型钢沿高度方向，在对应型钢梁上下翼缘位置要设置水平加劲肋，为便于浇筑混凝土，加劲肋不宜通长设置，仅设置在型钢柱翼缘。

图14　型钢梁与型钢混凝土柱的节点连接

3　几个探讨问题

1）在安装型钢柱时，型钢柱出楼板面预留高度与柱纵筋预留高度位置相当，在焊接柱连接节点时需要扒开柱纵筋，焊接后再将柱纵筋恢复至原状，钢筋反复弯曲后会有损伤。在质量等级为一级的焊缝强度条件下，钢柱的连接节点位置应可以自由设置，从而与预留柱纵筋的高度错开，便于钢柱的焊接。

2）在施工中，涉及柱纵筋穿型钢梁翼缘，柱箍筋穿型钢梁腹板，梁纵筋穿型钢柱及剪力墙水平筋锚固等工序。此种形式的节点施工交叉难度大、工序繁多。梁柱连接节点形式应力求简便，既能保证施工质量，又不影响施工进度，如可以采用梁纵筋焊接在加强环梁或牛腿上，箍筋采用U型箍等形式。

4　结语

型钢混凝土结构已经被广泛的用于高层和超高层建筑结构中，这种结构相比钢筋混凝土结构具有多项优势，如承载能力高、抗震性能好、耐火性好等优点。本文仅就在施工中常涉及到的几种型钢梁柱节点形式做了简要分析总结，在实际施工中，型钢梁柱节点的研究还有待继续完善，比如节点构造复杂的梁柱节点研究、不同节点形式的内力传递机理、型钢柱开孔后承载能力的变化等。所以，应该继续从理论和实际施工中加强对于型钢混凝土梁柱节点的深入研究。

［1］梁威，王昊.我国型钢混凝土梁柱节点构造综述［J］.结构工程师，2007，23（4）：98-104.

［2］闫丽娟.型钢混凝土结构梁柱节点研究［J］.科技情报开发与经济，2007，17（33）：258-259.

［3］ JGJ 138—2001，型钢混凝土组合结构技术规程［S］.

［4］ CECS188：2005，钢管混凝土叠合柱结构技术规程［S］.

［5］刘其祥.多高层房屋钢结构梁柱刚性节点的设计建议［J］.建筑结构，2003，（9）：3-7.

［6］ 04SG523，型钢混凝土组合结构构造［S］.

［7］王示，周学军.方钢管混凝土梁柱节点试验及非线性分析比较［A］.中国钢结构协会钢-混凝土组合结构分会第十次年会论文集［C］.2005.

□丁全民/天津天河城购物中心有限公司。

□郑雅静、沈振川、初焕冰/中建一局集团建设发展有限公司。

TU398.9

1OO8-3197（2O16）O1-13-O3

2O15-12-21