王華洪 董事爾 黨鵬飛 任紅軍

(1、2、3.西南石油大學土木工程與建筑學院 四川 成都 610500；4.中國石油四川銷售分公司 四川 成都 610500)

引言

型鋼混凝土組合結構由于其使用功能好、施工快捷、造價低、性能好等優(yōu)點，在實際工程中得到了較為廣泛的應用。近年來對型鋼混凝土組合結構構件的研究較多，也日趨成熟，但對節(jié)點研究較少。節(jié)點是連接梁和柱的關鍵部位。梁和柱的內(nèi)力通過節(jié)點傳遞，因此節(jié)點工作的安全可靠是保證結構正常工作的前提。同時節(jié)點處于壓彎剪復合應力狀態(tài)，受力比較復雜。因此研究并弄清楚節(jié)點的受力性能、破壞機理，使節(jié)點設計得傳力明確，計算可靠，構造合理是十分重要的。同時，為保證組合結構的梁柱節(jié)點區(qū)混凝土的密實性，節(jié)點的連接構造還應做到構造簡單，便于澆筑混凝土，確保梁端型鋼部分的應力能可靠地傳遞到柱型鋼。

1 型鋼混凝土梁柱構件組合型式

型鋼混凝土構件是在混凝土中主要配置型鋼，也配置構造鋼筋及少量受力鋼筋。配鋼的形式主要有實腹式型鋼和空腹式兩大類。實腹式型鋼主要有工字鋼、槽鋼及H型鋼等?？崭故脚滗撌怯山卿摌嫵傻目臻g桁架式的骨架。梁型鋼和柱型鋼翼緣用焊接或螺栓連接。當為焊接時，應保證焊接質(zhì)量，符合鋼結構規(guī)范的規(guī)定。當為螺栓連接時，應考慮螺栓孔對型鋼削弱的影響。

型鋼混凝土結構中常遇見三種梁節(jié)點的組合形式：

(1)型鋼混凝土梁-型鋼混凝土柱的節(jié)點連接；

(2)鋼梁-鋼混凝土柱的節(jié)點連接；

(3)鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱的節(jié)點連接。

型鋼的連接形式要易于混凝土的澆灌，保證節(jié)點區(qū)混凝土的密實性，柱中型鋼和主筋的布置應為梁中主筋穿過留出通道。梁中主筋不應穿過柱型鋼翼緣，也不與柱型鋼直接焊接。型鋼腹板部分應設置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不應超過腹板面積的20%。

圖 1型鋼混凝土梁與柱節(jié)點

節(jié)點型鋼部分的連接形式，分為柱翼緣貫通形和梁翼緣貫通形。采用柱翼緣貫通形時，應在梁翼緣位置設置加筋肋。各種連接形式的特點如下：

(1)水平加勁肋形式：應力傳遞平順合理，是型鋼節(jié)點的常用連接形式，但由于有水平加勁肋的存在，使混凝土的澆筑產(chǎn)生一定的困難，應采取相應的構造或從施工工藝解決的措施(如圖 1（a））。

(2)水平三角加勁肋形式：改變了形式1中混凝土澆筑困難的條件，但是應力的傳遞比形式1差[9]。三角加勁肋使柱子腹板產(chǎn)生較大的應力集中，應進行有關的驗算(如圖1（b））。

(3)垂直加勁肋的形式：混凝土易于澆筑，但翼緣的應力，要通過柱翼緣和垂直加勁肋傳遞，應力傳遞不直接，性能不如前兩種形式。

(4)翼緣貫通形式：將型鋼柱翼緣切斷后焊在貫通的梁翼緣上，其傳遞應力性能和形式1大致相同，因此應力傳遞沒有什么問題，但同樣存在混凝土澆筑困難的問題。

2 型鋼混凝土梁柱節(jié)點連接型式與構造要求

型鋼混凝土梁柱節(jié)點的連接，均宜采用柱型鋼貫通型，型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼截面形式和縱向鋼筋的配置應便于梁內(nèi)縱向鋼筋貫穿節(jié)點。在型鋼混凝土組合結構中，根據(jù)梁柱節(jié)點連接型式的不同，可以分為三類：

（1）型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁的連接。一般情況下，梁內(nèi)型鋼與柱內(nèi)型鋼在節(jié)點內(nèi)應采用剛性連接。節(jié)點內(nèi)梁、柱型鋼的連接構造（如圖 1（a）、圖 2）應滿足《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）[8]的構造要求。為了保證梁端內(nèi)力更好地傳遞，還應沿高度方向，在型鋼柱對應于型鋼梁的上、下翼緣處設置水平加勁肋，加勁肋形式宜便于混凝土澆筑，水平加勁肋應與梁端型鋼翼緣等厚，且其厚度不宜小于12mm。

圖2 型鋼混凝土梁柱節(jié)點的構造平面

（2）型鋼混凝土柱與鋼梁的連接。為保證節(jié)點的內(nèi)力傳遞，梁內(nèi)型鋼翼緣與柱內(nèi)型鋼翼緣應采用全熔透焊縫連接，梁腹板與柱宜采用摩擦型高強度螺栓連接，懸臂梁段與柱應采用全焊接連接。連接節(jié)點內(nèi)梁、柱型鋼的連接構造，應滿足GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》及JGJ99-1998《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》[9]的構造要求（如圖3）。圖中型鋼梁與型鋼柱采用現(xiàn)場焊接，施工時，先將鋼梁與鋼柱用安裝螺栓進行連接，然后再進行焊接。這種連接方法要求梁、柱連接處焊縫應滿足抗彎、抗剪的強度要求，同時現(xiàn)場的焊接質(zhì)量應有可靠保證。

圖3 型鋼梁、柱連接節(jié)點示意圖

（3）型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接。這種連接中要求鋼筋混凝土梁的縱向鋼筋應伸入型鋼混凝土柱節(jié)點，且應滿足鋼筋錨固要求，因此可采用鋼筋混凝土梁縱向貫通、鋼筋混凝土梁縱筋與短筋梁搭接、鋼筋混凝土梁縱筋焊于鋼牛腿三種連接方式。此外，鋼筋混凝土梁縱向鋼筋也不應與型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼直接焊接。當必須在型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼翼緣上預留貫穿孔時，宜按型鋼混凝土柱端最不利組合的內(nèi)力驗算預留孔的承載力，若不滿足，應予以補強。當必須在型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼腹板上預留貫穿孔時，型鋼混凝土柱內(nèi)型鋼腹板截面損失率宜小于腹板面積的25%。

3 節(jié)點探討與幾點構造建議

型鋼混凝土柱中縱向受力鋼筋不應在中間各層節(jié)點中截斷。型鋼混凝土框架柱、梁的縱向受力鋼筋在梁柱節(jié)點區(qū)的錨固和搭接應符合GB50010-2010《混凝土結構設計規(guī)范》的規(guī)定。

根據(jù)型鋼混凝土與型鋼混凝土梁連接的二級抗震等級其他層中間節(jié)點和端梁柱節(jié)點公式：

HC—節(jié)點上柱和下柱反彎點之間的距離；

Z—梁端上部和下部鋼筋合力點或梁上部鋼筋加型鋼上翼緣和梁下部鋼筋加型鋼下翼緣合力點，或型鋼上、下翼緣合力點之間的距離；

Hb—梁截面高度；當節(jié)點兩側(cè)梁高不相同時，梁截面高度Hb應取其平均值。在這個公式中都是恒定不變的，唯有 會因型鋼混凝土柱的翼緣受到截面消弱而減小。HC減小Vj勢必也會減小，因為型鋼混凝土梁、柱類構件比較巨大，無法用實驗證明，但可以通過給公式賦以一定的值來觀察公式結果變化的趨勢。

根據(jù)多數(shù)轉(zhuǎn)換梁的實踐證明，在型鋼混凝土結構構件中必須對此進行設計的改進，否則不僅設計的思想在施工難以進行，而且會降低工程的質(zhì)量，所以對型鋼混凝土類結構建議進行如下改進:

(1)利用等強代換，減少截面內(nèi)主梁鋼筋的數(shù)量。比如工程中主筋采用的二級鋼筋，能否考慮用三級鋼或四級鋼取代，鋼筋數(shù)量減少，自然節(jié)點部位處理起來就比較簡單，就不出現(xiàn)柱子中型鋼截面的削弱。

(2)采用增加梁的高度，來改變主梁鋼筋的分布。在原有鋼桁架梁的基礎上，通過在其上或其下增加附梁的方式，將原有截面中減少的鋼筋在附梁中以一個大于1的系數(shù)假設，通過設計驗算應該說可以實現(xiàn)。

[1] 陳紅媛，房貞政.鋼混凝土組合柱-鋼梁結構中柱節(jié)點受力性能研究 [J].福州大學學報(自然科學版)，2003，31(4):460-465.

[2] 張莉若，王明貴.鋼-混凝土組合結構梁柱節(jié)點承載力試驗研究 [J].建筑科學，2003，19(5):16-25.

[3] 趙鴻鐵.鋼與混凝土組合結構[M].北京:科學出版社.2001:77-223.

[4] 薛建陽，趙鴻鐵，楊勇.型鋼混凝土節(jié)點抗震性能及構造方法.世界地震工程[J]，2002，18(2):61-64.

[5] 陳紹蕃.鋼結構設計原理[M](第 2版).北京:科學出版社，2003.

[6] 劉堅，周東華，王文達，郝際平.鋼與混凝土組合結構設計原理 [M].北京:科學出版社.2005，9.

[7] 劉鳳娥.型鋼混凝土結構中節(jié)點構造探析.中州大學學報[J].2008，25(1):116-118.

[8] GB50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社，2003.

[9] JGJ99-1998，高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程[S].

[10] JGJ138-2001J 130-2001，型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程[S].

[11] GB50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范[S].

[12] 王繼武，劉小渝，沈小俊.型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點受力性能有限元分析.重慶交通大學碩士學位論文[D].2009.