型钢混凝土梁柱刚性节点构造_胡轶敏

浙江建筑　第24卷第7期　2007年7月

型钢混凝土梁柱刚性节点构造

胡轶敏, 尉彤华, 徐少华, 袁　震

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(1. 浙江建设职业技术学院岩土工程研究所, 浙江杭州311231;

2. 浙江大学建筑设计研究院, 浙江杭州310027; 3. 浙江省建工集团有限责任公司, 浙江杭州310014)

摘　要:型钢混凝土组合结构是一种新型的结构形式, 与传统的钢筋混凝土结构和钢结构相比, 型钢混凝土组合结构充分发挥了钢材与混凝土这两种材料各自的优点, 在用钢量相同的条件下, 提高了构件的强度, 改善了构件的延性, 增强了结构的抗震性能。现通过对杭城武林商业圈一超高层建筑物中型钢混凝土结构梁柱节点的构造分析, 为相关工程的设计及施工提供参考。

关键词:型钢混凝土; 组合结构; 超高层建筑; 节点构造

中图分类号:T U323. 3　　　文献标识码:B 　　　文章编号:1008-3707(2007) 07-0027-04

　　钢-混凝土组合结构形成的框架、梁和柱的形式多样。就柱而言, 可以采用钢筋混凝土柱、核心配芯筋混凝土柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱、核心型钢混凝土柱等; 就梁而言, , 采用钢筋混凝土梁、。, 理, 、材料节省, [1]

, 型钢混凝土柱, , 笔者主要针对。　节点的一般构造

型钢混凝土柱与各类梁的连接均宜采用柱钢骨贯通型, 柱内型钢芯柱截面形状的选择应方便梁纵向钢筋贯穿节点区域, 避免梁纵向钢筋穿过型钢芯柱翼缘, 并尽量减少梁纵筋穿过型钢腹板的数量, 使柱型钢腹板因开孔而造成的截面损失率不大于

25%(超过时应采取补强措施) 。

梁内型钢与柱内型钢在节点内应采用刚性连接。节点处柱的型钢芯柱对应于梁型钢上下翼缘位置或钢筋混凝土梁截面上、下边缘位置处设置水平加劲肋, 厚度应与梁端型钢翼缘相等, 且不小于12mm 。水平加劲肋应在角部设置排气孔以方便混凝土的浇筑1. 3　型钢的连接方式

[2]

。

型钢混凝土组合结构, 是钢-混凝土组合结构中的一种形式。其结构设计中, 不仅应强调型钢构件的承载力设计, 还应重视节点的构造设计, 尤其是在高层及超高层建筑物的结构设计中, 从满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”等抗震设计原则出发, 也同样能认识到节点构造设计的重要性。下面, 笔者将通过杭城一超高层建筑物中型钢混凝土梁柱节点构造要求的分析, 来具体阐述此类建筑物中刚性节点设置中必须重视的问题, 以便为相关工程的设计及施工提供参考。

。

目前梁柱型钢间的现场连接主要采用两种方式, 即栓焊混合连接和全螺栓连接。如图1所示, (a ) 为栓焊混合连接方式, 将梁钢骨翼缘与柱钢骨翼缘采用全熔透焊缝连接, 梁钢骨腹板与焊于柱钢骨翼缘上的竖板之间采用摩擦型高强度螺栓连接的方法, 这种方法在美国应用较多。(b ) 为全螺栓连接方式, 是将悬臂梁段先工厂焊接于柱钢骨翼缘上,

1　梁柱节点的构造要求

1. 1　梁柱节点形式

型钢混凝土梁柱节点的连接构造, 应做到构造简单、传力明确, 以便于混凝土浇捣及配筋。型钢混凝土组合结构的梁柱连接可采用以下3种形式:型

收稿日期:2007-04-11

作者简介:胡轶敏(1975—) , 女, 浙江嘉善人, 讲师, 从事建筑结构教学与研究工作。

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胡轶敏等:型钢混凝土梁柱刚性节点构造

现场再采用高强度螺栓将梁的钢骨与悬臂梁段进行连接, 这种方法在日本应用较多

。

图1　梁柱节点的现场连接方式

2　型钢混凝土梁柱连接的施工工艺

2. 1　工艺流程

型钢混凝土梁柱连接的施工工艺流程为:梁、柱型钢的工厂组装焊接→运至现场→进场验收→焊接

安全设施配件设置缆风绳→钢骨柱安装→钢柱、钢梁形成稳定框架→() 高强度螺栓初拧、() 梁焊接→() 临时固定耳板割除→套设柱箍筋→梁纵筋穿孔、焊接→套设梁箍筋→梁、柱钢筋骨架绑扎→支梁、柱模板→浇注梁、柱混凝土→养护→拆模。2. 2　混凝土浇捣

型钢混凝土柱中的混凝土在下落过程受到柱内型钢芯柱上栓钉的阻挡, 同时还受到水平加劲肋及横向箍筋的阻挡, 使得混凝土浇捣的密实性较难保证, 从而直接影响节点的刚性和构件的质量。

为保证工程质量, 施工中应采用商品混凝土泵送浇捣, 在浇捣过程中应注意在型钢柱四周均匀下料、振捣, 避免骨料和浆液出现分离现象, 避免由于混凝土侧压不均造成的构件偏移。

浇筑型钢混凝土梁的混凝土时, 应首先保证型钢下翼缘板以下混凝土浇捣的密实度。因此应采用从型钢梁一侧下料振捣, 使混凝土缓慢地从下翼缘板底挤向梁的另一侧, 待混凝土高度超过下翼缘板面50mm 后, 改用两侧双人同时下料振捣, 待混凝土超过上翼缘板面100mm 后, 再从梁的跨中部位向两侧延伸下料。这种施工工艺, 能较好地保证翼・28・

缘板下部气泡从钢梁两侧排出。

梁、柱混凝土浇捣时, 均应注意防止出现在型钢, 并且施工中2. 3[3]

, 现场施焊部分, 故可采用带垫板的单边或双边V 形剖口对接焊缝。在进行焊接前, 应注意清理剖口及两侧的油、水、锈等污物, 同时注意控制焊接质量。

3　工程实例

3. 1　结构设计简介

本工程位于杭州市武林商业圈, 主楼地下3层, 地上31层, 建筑总高度114. 27m (不包括屋面构架) 。

工程分为四个部分, 分别为全楼地下室部分、主楼地上部分、裙房部分以及连廊部分。地下部分设置满堂3层地下室, 外部主要采用型钢混凝土柱与型钢混凝土梁进行组合, 中央核心区采用型钢混凝土与钢筋混凝土剪力墙共同形成。主楼地上部分采用芯筒-框架结构体系, 外部框架采用矩形钢管混凝土构件和型钢混凝土构件进行组合, 核心筒体采用型钢混凝土构件和钢筋混凝土构件进行组合, 四个角柱设置异形型钢混凝土柱, 与型钢梁相连。群房地面以上9层, 采用钢筋混凝土框架结构。连廊在3、4、5层处连通主楼和群房, 采用钢框架结构。图2所示为施工中的主楼西立面。

胡轶敏等:型钢混凝土梁柱刚性节点构造

3. 2　型钢混凝土梁柱节点构造

3. 2. 1　构件尺寸　工程中某十字型梁柱与H 型钢

梁的刚性节点设置如图3所示, 其中, 型钢柱采用一个H 型钢与两个剖分T 型钢拼焊而成。该节点处H 型钢截面尺寸为600×300×16×25, T 型钢截面尺寸292×300×16×25, 梁中型钢主要选用H W 450×200×9×14。不同节点处, 型钢尺寸作相应调整。3. 2. 2　一般构造　本工程中, 梁与柱的连接均采用柱贯通型刚性连接节点, 型钢柱在对应于型钢梁的上下翼缘处, 以及钢筋混凝土梁的上下边缘处, 设置厚度为16mm 的水平加劲横隔板以符合型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 13822001) 中的规定。横隔板上设有排气孔, 以便混凝土浇筑时空气能顺利溢出

。

图2　施工中的主楼西立面

图3　型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁/型钢混凝土梁的连接节点

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胡轶敏等:型钢混凝土梁柱刚性节点构造

3. 2. 3　抗震设计　在抗震设防地区, 框架梁柱刚性3. 4　梁纵筋穿柱

连接节点设计不仅要保证节点具有足够的承载力, 而且还要求节点具有充分的塑性转动能力

[4]

。本

《型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 1382

2001) 》中规定, 节头处构造设计应尽量减少梁纵向钢筋穿过柱内型钢的数量, 且不宜穿过型钢翼缘, 也不应与柱内型钢直接焊接连接; 当必须在柱内型钢腹板上预留贯穿孔时, 型钢腹板截面损失率不宜超过腹板面积的25%。但实际工程中梁配置较多纵向钢筋, 很难满足规程中截面损失率的规定, 为此, 工程中常采用在柱钢骨翼缘或腹板上加焊补强钢板来解决这一问题。在本工程中, 梁钢筋除能直接贯穿或从柱型钢腹板穿越的钢筋外, 其余钢筋均双向焊接在尺寸为20×150×250的工字型钢牛腿上。

工程主楼建筑抗震类别为丙类, 主楼地面以上框架部分的抗震等级为三级, 剪力墙部分抗震等级为二级; 主楼地下1、2层框架及剪力墙的抗震等级为二级; 地下3层框架及剪力墙的抗震等级为三级。

为了提高型钢混凝土柱与型钢混凝土梁之间的节点延性, 将梁端塑性铰外移, 采用了带柱外悬臂梁段的加强型连接节点。悬臂梁段与柱的型钢构件间在工厂进行全熔透焊接连接, 中间梁段在工地进行现场拼接。拼接时应先安装腹板的高强度螺栓, 后焊接翼缘处的全熔透坡口焊缝, 属于带悬臂梁段的栓焊混合连接方法。

3. 2. 4　现场连接　本工程中选用10. 9级扭剪型高

4　结　语

型钢混凝土组合结构相对于钢筋混凝土结构和钢结构而言, 具有明显的优势。构件中的型钢与混凝土之间相互约束, 。, , 增。因此, 采用型钢混凝、延性好、变形能力强等优点。

文中所介绍的工程, 涉及到的节点形式非常丰富:既有钢管混凝土柱与型钢混凝土梁的连接, 又有钢管混凝土柱与型钢梁的连接; 既有型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接, 又有型钢混凝土柱与型钢梁的连接。高层建筑的结构设计中, 除了要注重建筑物的整体承载力计算外, 还应特别关注节点的构造设计。在具有抗震设防要求的高层及超高层建筑物中, 节点核心区内的刚性要求, 与节点核心区外的塑性铰控制同样重要。结构物在满足承载力的同时, 还须具有充分的塑性转动能力。只有重视节点设计的结构物, 才有可能成为承载特性、抗震性能、经济性能等各项指标均较为理想的结构物。

参考文献

[1]　钟善桐, 白国良. 高层建筑组合结构框架梁柱节点分析与设计

[M].北京:人民交通出版社, 2006.

[2]　JGJ 13822001型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[3]　张　军. 钢骨混凝土结构构造及施工若干问题[J ].森林工程,

2006, 22(2) :62-64.

[4]　姜学诗. 钢结构房屋中框架梁柱刚性连接节点的设计[J ].建

强度螺栓进行连接, 螺栓数目的确定是按照等强理论计算而得, 用电动扭矩扳手旋拧螺母时, 以梅花头作为反拧支点, 梅花头沿沟槽拧断即为终拧, 达到设计所需的预拉力值。

梁柱交接部位的焊接采用手工电弧焊, 用金桥牌J506焊条, 、抛丸达到设计要求, 安装时应控制左右错边; 严禁扩孔、敲打, 螺栓应自由穿入。手工焊焊接完毕后, 应进行二级焊缝超声波探伤试验, 对所有焊缝均进行检测, 以确保焊缝质量符合设计要求。3. 3　柱箍筋穿梁

由于采用柱贯通型刚性连接节点, 柱箍筋入梁, 梁箍筋不入柱, 在悬臂梁段端部型钢腹板处开设直径14mm , 间距100mm 的孔洞, 便于HRB335直径12mm 间距100mm 的柱箍筋穿越, 如图4所示。

筑结构, 2006, 36(1) :17-14.

图4　悬臂梁段端部设置有柱箍筋穿越孔

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