梁縱筋與型鋼混凝土柱節(jié)點(diǎn)搭接探究[業(yè)界借鑒]

1、梁縱筋與型鋼混凝土柱節(jié)點(diǎn)搭接探究吳繼成、李洪亮（安徽水利開(kāi)發(fā)股份有限公司 北方公司）摘要：本文參照國(guó)家有關(guān)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、圖集，結(jié)合已有的型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)和研究結(jié)論，系統(tǒng)闡述了幾種關(guān)于梁柱節(jié)點(diǎn)搭接的理論，重點(diǎn)對(duì)幾種常見(jiàn)的梁縱筋與柱型鋼節(jié)點(diǎn)搭接的形式進(jìn)行分析，指出研究中的不足，特別介紹了根據(jù)新的研究理論提出的一種新型梁縱筋與型鋼混凝土柱搭接構(gòu)造形式。關(guān)鍵詞：型鋼混凝土柱、梁縱筋、搭接業(yè)界特選a#1.前言型鋼混凝土是指型鋼和其外包鋼筋混凝土共同承受載荷的一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)形式，充分汲取了新型鋼結(jié)構(gòu)施工和傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)，節(jié)約了鋼材，降低了造價(jià)。由于鋼結(jié)構(gòu)固有的強(qiáng)

2、度和延展性，以及型鋼、鋼筋、混凝土三者直接的相互作用，使結(jié)構(gòu)具備構(gòu)件截面小、承載力大、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于外包鋼筋混凝土的作用，也克服了型鋼防腐、防銹、防火性能差、易發(fā)生局部和整體失穩(wěn)的缺點(diǎn)，節(jié)約了鋼材。但是目前我國(guó)對(duì)型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的研究還沒(méi)有一套完整的體系：節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究較片面、缺乏完整性，節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力傳遞機(jī)理不明確，節(jié)點(diǎn)的空間性能和抗震性能研究較少，節(jié)點(diǎn)的承載力的計(jì)算公式還有待進(jìn)一步完善，很多理論和做法甚至直接從日本翻版套用。如何在不影響節(jié)點(diǎn)的抗承載能力和抗剪切能力，不增加施工難度和復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，設(shè)置合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式，是我國(guó)型鋼混凝土研究的熱點(diǎn)。2. 常見(jiàn)梁縱筋-柱型鋼搭接形式2

3、.1.梁縱筋不穿過(guò)型鋼翼緣在梁縱筋與柱型鋼搭接問(wèn)題的研究中，一種意見(jiàn)認(rèn)為：梁內(nèi)主筋不應(yīng)穿過(guò)柱型鋼翼緣，也不得與柱型鋼直接焊接，否則將影響柱型鋼的抗彎承載力和節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。梁內(nèi)縱向鋼筋貫穿節(jié)點(diǎn)，以盡可能的減少縱向鋼筋穿過(guò)柱型鋼的數(shù)量，且應(yīng)盡量使梁內(nèi)鋼筋穿過(guò)型鋼腹板，而不穿過(guò)型鋼翼緣，因?yàn)樵谟辛杭s束下的節(jié)點(diǎn)區(qū)，其抗剪承載力，為此規(guī)定了規(guī)定了型鋼腹板損失率的限值【1】。根據(jù)此理論，人們?cè)谑┕ぶ锌偨Y(jié)出以下幾種搭接方法。（1） 梁縱向鋼筋貫穿式（詳見(jiàn)圖1）。型鋼柱的翼緣較窄時(shí)，在型鋼腹板上開(kāi)孔，讓梁的上、下縱向鋼筋全部穿過(guò)節(jié)點(diǎn)。這種形式能保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時(shí)也方便了施工；但是由于對(duì)型鋼板腹

4、板進(jìn)行割孔，容易削弱截面強(qiáng)度，需要對(duì)割孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并且腹板開(kāi)孔位置不易控制，需進(jìn)行二次甚至三次的鋼筋穿孔位置的深化工作。該方法適宜在工期較緊，縱筋直徑較小的情況下使用。圖1.梁縱筋與型鋼腹板貫通式（2） 梁縱筋與型鋼腹板鋼筋連接器連接式（詳見(jiàn)圖2）。梁的上、下縱向鋼筋能夠全部穿過(guò)翼緣，抵達(dá)腹板。但由于腹板的阻礙，縱筋不能貫通，并且在柱內(nèi)不能夠滿足錨固長(zhǎng)度的需求。這是采用在柱內(nèi)腹板上焊接鋼筋連接器，解決縱筋無(wú)法穿過(guò)的難題。這種形式既不會(huì)造成型鋼腹板的截面削弱，又能保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時(shí)也方便了施工，但現(xiàn)場(chǎng)焊接量大影響施工進(jìn)度，工廠焊接焊接位置不宜確定，且造價(jià)較高；適應(yīng)在鋼筋直徑較大，混凝

5、土澆筑質(zhì)量要求較高的情況下使用。圖2.梁縱筋與型鋼腹板鋼筋連接器連接式（3） 梁縱筋加掖錯(cuò)開(kāi)式（詳見(jiàn)圖3）。柱型鋼的翼緣很寬時(shí)，采用鋼筋加掖的形式繞過(guò)鋼柱翼緣板寬度的范圍穿過(guò)型鋼柱腹板預(yù)設(shè)置的穿筋孔保證梁縱向鋼筋的貫通錨固，同時(shí)也方便了施工。但鋼筋加工量大，需進(jìn)行鋼筋的加掖施工，增加鋼筋連接的難度。適宜在鋼筋直徑較小，易在工廠進(jìn)行加掖。圖3.梁縱筋加掖錯(cuò)開(kāi)式 2.2 梁縱筋在翼緣兩邊斷開(kāi) 以上幾種方法都是針對(duì)具體工程的特殊做法，不是施工較為復(fù)雜，就是施工成本較高，形不成經(jīng)濟(jì)效益。另外對(duì)于較大的梁，縱主筋不穿過(guò)柱型鋼翼緣，單靠鋼筋加掖很難滿足承載力和抗剪要求。為此，有研究人員提出連接型鋼混凝土柱

6、的節(jié)點(diǎn)，梁主筋應(yīng)盡可能從型鋼兩側(cè)通過(guò)，對(duì)于必須與柱型鋼相交的梁主筋，應(yīng)在柱型鋼兩遍斷開(kāi)，但應(yīng)與柱翼緣可靠焊接。根據(jù)該理論，人們又提出了以下兩種搭接方法。（1）梁縱筋-鋼梁節(jié)點(diǎn)搭接方式（詳見(jiàn)圖4）。我們可以采用在與型鋼混凝土柱連接的梁端設(shè)置一段鋼梁與梁主筋搭接，鋼梁的高度不應(yīng)小于0.8倍梁高，長(zhǎng)度不應(yīng)小于梁截面高度的2倍，且應(yīng)滿足梁內(nèi)主筋搭接長(zhǎng)度的要求。在鋼梁的上下翼緣上應(yīng)設(shè)置銷(xiāo)釘連接件，銷(xiāo)釘?shù)闹睆綉?yīng)大于19mm，銷(xiāo)釘間距應(yīng)大于100mm，且銷(xiāo)釘距型鋼邊緣的距離不小于50mm。圖4.梁內(nèi)主筋通過(guò)牛腿與型鋼柱連接 這種方法在型鋼翼緣截面較窄時(shí)常使用，當(dāng)翼緣截面較大的梁，使用鋼梁反而會(huì)增大施工吊裝難

7、度，鋼梁自身的重量也相應(yīng)降低了節(jié)點(diǎn)的承載力和抗剪能力。 （2）梁縱筋-鋼牛腿節(jié)點(diǎn)搭接方式。為克服這個(gè)難題，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，北京市建筑設(shè)計(jì)院和清華大學(xué)的試驗(yàn)研究【2】，推薦做法：在型鋼柱上設(shè)置工字鋼牛腿，梁內(nèi)部分主筋穿過(guò)型鋼混凝土柱主筋連續(xù)配置，部分主筋在柱兩側(cè)截?cái)嗯c鋼牛腿搭接或焊接。 但是這種連接方法都將使兩端塑性鉸外移，因此要在從梁端到牛腿部位以外有一段箍筋加密區(qū)。關(guān)于采取在型鋼柱上設(shè)置鋼牛腿的方法，從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在鋼牛腿末端位置處，由于截面承載力和剛度突變，很容易發(fā)生混凝土擠壓破壞，因此，要求鋼牛腿的翼緣設(shè)計(jì)成變截面翼緣，改善上述情況的出現(xiàn)；另外，設(shè)置鋼牛腿的辦法，在吊裝型鋼柱時(shí)，施工上也

8、有不便之處，不是一種很理想的節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造。2.3 梁縱筋通過(guò)型鋼翼緣還有一種意見(jiàn)認(rèn)為，在型鋼上開(kāi)孔不會(huì)影響型鋼柱的抗彎承載力和節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。有試驗(yàn)表明【3】：部分梁主筋穿過(guò)型鋼翼緣，對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的不利影響并不明顯，穿過(guò)型鋼翼緣的梁內(nèi)縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)沒(méi)有滑移，錨固性能好，可獲得良好的耗能能力和延性。試驗(yàn)還表明，在型鋼上開(kāi)設(shè)小的穿筋孔不僅不會(huì)削弱節(jié)點(diǎn)的受力性能，而且會(huì)提高節(jié)點(diǎn)的受力性能。因?yàn)樾弯撔￠_(kāi)孔處形成了鋼筋混凝土抗剪銷(xiāo)釘，增加了型鋼與混凝土的粘結(jié)，使型鋼內(nèi)外側(cè)的混凝土在開(kāi)孔處得以貫通，提高了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的整體性，施工較為方便?！?】以上研究結(jié)果使人們對(duì)梁內(nèi)主筋不應(yīng)穿過(guò)柱型鋼翼緣，也不得

9、與柱型鋼直接焊接，否則將影響柱型鋼的抗彎承載力和節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力這種觀念有了新的認(rèn)識(shí)，拓寬了工程技術(shù)人員研究梁縱筋與型鋼搭接節(jié)點(diǎn)的范圍。雖然現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖集未涉及，但最近十年是我國(guó)對(duì)型鋼混凝土研究的高潮階段，在下次修訂時(shí)，這十幾年來(lái)研究成果應(yīng)該會(huì)有所提及。3.梁縱筋貫穿柱型鋼翼緣式既然梁縱筋穿過(guò)型鋼翼緣不會(huì)影響型鋼柱的抗彎承載力和節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力，在工程實(shí)際中我們就可以采用梁縱筋貫通的方式來(lái)型鋼混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。削弱的柱翼緣可以采用角鋼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，角鋼與鋼板的組合形成鋼牛腿，有利于梁內(nèi)的剪力直接傳遞到柱型鋼內(nèi)，提高了受力性能。詳見(jiàn)圖5.圖5.梁縱筋通過(guò)柱型鋼翼緣做法3.1 角鋼補(bǔ)強(qiáng)的

10、構(gòu)造 鋼的補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)造設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖6，實(shí)際施工圖詳見(jiàn)圖7.關(guān)于角鋼和型鋼的連接在這里不多敘述，具體可參見(jiàn)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造（04SG523-2001），本處重點(diǎn)介紹開(kāi)孔的注意事項(xiàng)。鋼筋從開(kāi)孔通過(guò)時(shí)，開(kāi)孔直徑一般取鋼筋直徑加4-6mm，但由于市場(chǎng)上同種規(guī)格鋼筋生產(chǎn)的偏差不一，分部偏差較大，實(shí)際施工時(shí)開(kāi)孔直徑取鋼筋直徑的6-8mm，同時(shí)還必須保證同一個(gè)鋼筋在型鋼中穿過(guò)兩個(gè)以上的空，所以在孔的制作時(shí)必須保證孔的偏差在規(guī)定允許范圍內(nèi)。施工節(jié)點(diǎn)詳見(jiàn)圖7.圖6.角鋼補(bǔ)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖7.梁縱筋穿過(guò)柱型鋼翼緣板補(bǔ)強(qiáng)示意圖3.2 節(jié)點(diǎn)受力過(guò)程分析根據(jù)同濟(jì)大學(xué)的試驗(yàn)研究證明【4】：由于型鋼承擔(dān)著較大的節(jié)點(diǎn)剪力，所以雖

11、然現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)很快，也參與工作，但箍筋仍然未屈服，對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土仍有較強(qiáng)的約束作用。對(duì)于型鋼混凝土柱-型鋼混凝土梁承載力和剛度下降較型鋼混凝土柱-鋼筋混凝土梁更慢，承載力和剛度更大。4.結(jié)論綜合分析以上6種梁縱筋與柱型鋼節(jié)點(diǎn)搭接方式，梁縱筋貫穿柱型鋼翼緣式構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)低，施工較為方便；適應(yīng)規(guī)模化和大跨度梁施工。型鋼小開(kāi)孔處形成鋼筋混凝土抗剪銷(xiāo)釘，增強(qiáng)了型鋼與混凝土的粘結(jié)；使型鋼內(nèi)外側(cè)的混凝土在開(kāi)孔處得以貫通，提高了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的整體性。最重要的是貫穿型鋼翼緣的做法打破傳統(tǒng)梁柱節(jié)點(diǎn)搭接思維，也為復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)問(wèn)題處理提供了新思路。但是在實(shí)際項(xiàng)目施工中，還應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目規(guī)模，施工場(chǎng)地，梁柱直徑、跨度大小等因素，合理選擇搭接方法，確保節(jié)點(diǎn)處理方案最優(yōu)化。參考文獻(xiàn)1 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ138-2001.型鋼