浅述型钢混凝土梁柱节点构造与应用改进

王华洪 董事尔 党鹏飞 任红军

(1、2、3.西南石油大学土木工程与建筑学院 四川 成都 610500；4.中国石油四川销售分公司 四川 成都 610500)

引言

型钢混凝土组合结构由于其使用功能好、施工快捷、造价低、性能好等优点，在实际工程中得到了较为广泛的应用。近年来对型钢混凝土组合结构构件的研究较多，也日趋成熟，但对节点研究较少。节点是连接梁和柱的关键部位。梁和柱的内力通过节点传递，因此节点工作的安全可靠是保证结构正常工作的前提。同时节点处于压弯剪复合应力状态，受力比较复杂。因此研究并弄清楚节点的受力性能、破坏机理，使节点设计得传力明确，计算可靠，构造合理是十分重要的。同时，为保证组合结构的梁柱节点区混凝土的密实性，节点的连接构造还应做到构造简单，便于浇筑混凝土，确保梁端型钢部分的应力能可靠地传递到柱型钢。

1 型钢混凝土梁柱构件组合型式

型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢，也配置构造钢筋及少量受力钢筋。配钢的形式主要有实腹式型钢和空腹式两大类。实腹式型钢主要有工字钢、槽钢及H型钢等。空腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。梁型钢和柱型钢翼缘用焊接或螺栓连接。当为焊接时，应保证焊接质量，符合钢结构规范的规定。当为螺栓连接时，应考虑螺栓孔对型钢削弱的影响。

型钢混凝土结构中常遇见三种梁节点的组合形式：

(1)型钢混凝土梁-型钢混凝土柱的节点连接；

(2)钢梁-钢混凝土柱的节点连接；

(3)钢筋混凝土梁-型钢混凝土柱的节点连接。

型钢的连接形式要易于混凝土的浇灌，保证节点区混凝土的密实性，柱中型钢和主筋的布置应为梁中主筋穿过留出通道。梁中主筋不应穿过柱型钢翼缘，也不与柱型钢直接焊接。型钢腹板部分应设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不应超过腹板面积的20%。

图 1型钢混凝土梁与柱节点

节点型钢部分的连接形式，分为柱翼缘贯通形和梁翼缘贯通形。采用柱翼缘贯通形时，应在梁翼缘位置设置加筋肋。各种连接形式的特点如下：

(1)水平加劲肋形式：应力传递平顺合理，是型钢节点的常用连接形式，但由于有水平加劲肋的存在，使混凝土的浇筑产生一定的困难，应采取相应的构造或从施工工艺解决的措施(如图 1（a））。

(2)水平三角加劲肋形式：改变了形式1中混凝土浇筑困难的条件，但是应力的传递比形式1差[9]。三角加劲肋使柱子腹板产生较大的应力集中，应进行有关的验算(如图1（b））。

(3)垂直加劲肋的形式：混凝土易于浇筑，但翼缘的应力，要通过柱翼缘和垂直加劲肋传递，应力传递不直接，性能不如前两种形式。

(4)翼缘贯通形式：将型钢柱翼缘切断后焊在贯通的梁翼缘上，其传递应力性能和形式1大致相同，因此应力传递没有什么问题，但同样存在混凝土浇筑困难的问题。

2 型钢混凝土梁柱节点连接型式与构造要求

型钢混凝土梁柱节点的连接，均宜采用柱型钢贯通型，型钢混凝土柱内型钢截面形式和纵向钢筋的配置应便于梁内纵向钢筋贯穿节点。在型钢混凝土组合结构中，根据梁柱节点连接型式的不同，可以分为三类：

（1）型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接。一般情况下，梁内型钢与柱内型钢在节点内应采用刚性连接。节点内梁、柱型钢的连接构造（如图 1（a）、图 2）应满足《钢结构设计规范》（GB50017-2003）[8]的构造要求。为了保证梁端内力更好地传递，还应沿高度方向，在型钢柱对应于型钢梁的上、下翼缘处设置水平加劲肋，加劲肋形式宜便于混凝土浇筑，水平加劲肋应与梁端型钢翼缘等厚，且其厚度不宜小于12mm。

图2 型钢混凝土梁柱节点的构造平面

（2）型钢混凝土柱与钢梁的连接。为保证节点的内力传递，梁内型钢翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝连接，梁腹板与柱宜采用摩擦型高强度螺栓连接，悬臂梁段与柱应采用全焊接连接。连接节点内梁、柱型钢的连接构造，应满足GB50017-2003《钢结构设计规范》及JGJ99-1998《高层民用建筑钢结构技术规程》[9]的构造要求（如图3）。图中型钢梁与型钢柱采用现场焊接，施工时，先将钢梁与钢柱用安装螺栓进行连接，然后再进行焊接。这种连接方法要求梁、柱连接处焊缝应满足抗弯、抗剪的强度要求，同时现场的焊接质量应有可靠保证。

图3 型钢梁、柱连接节点示意图

（3）型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接。这种连接中要求钢筋混凝土梁的纵向钢筋应伸入型钢混凝土柱节点，且应满足钢筋锚固要求，因此可采用钢筋混凝土梁纵向贯通、钢筋混凝土梁纵筋与短筋梁搭接、钢筋混凝土梁纵筋焊于钢牛腿三种连接方式。此外，钢筋混凝土梁纵向钢筋也不应与型钢混凝土柱内型钢直接焊接。当必须在型钢混凝土柱内型钢翼缘上预留贯穿孔时，宜按型钢混凝土柱端最不利组合的内力验算预留孔的承载力，若不满足，应予以补强。当必须在型钢混凝土柱内型钢腹板上预留贯穿孔时，型钢混凝土柱内型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积的25%。

3 节点探讨与几点构造建议

型钢混凝土柱中纵向受力钢筋不应在中间各层节点中截断。型钢混凝土框架柱、梁的纵向受力钢筋在梁柱节点区的锚固和搭接应符合GB50010-2010《混凝土结构设计规范》的规定。

根据型钢混凝土与型钢混凝土梁连接的二级抗震等级其他层中间节点和端梁柱节点公式：

HC—节点上柱和下柱反弯点之间的距离；

Z—梁端上部和下部钢筋合力点或梁上部钢筋加型钢上翼缘和梁下部钢筋加型钢下翼缘合力点，或型钢上、下翼缘合力点之间的距离；

Hb—梁截面高度；当节点两侧梁高不相同时，梁截面高度Hb应取其平均值。在这个公式中都是恒定不变的，唯有 会因型钢混凝土柱的翼缘受到截面消弱而减小。HC减小Vj势必也会减小，因为型钢混凝土梁、柱类构件比较巨大，无法用实验证明，但可以通过给公式赋以一定的值来观察公式结果变化的趋势。

根据多数转换梁的实践证明，在型钢混凝土结构构件中必须对此进行设计的改进，否则不仅设计的思想在施工难以进行，而且会降低工程的质量，所以对型钢混凝土类结构建议进行如下改进:

(1)利用等强代换，减少截面内主梁钢筋的数量。比如工程中主筋采用的二级钢筋，能否考虑用三级钢或四级钢取代，钢筋数量减少，自然节点部位处理起来就比较简单，就不出现柱子中型钢截面的削弱。

(2)采用增加梁的高度，来改变主梁钢筋的分布。在原有钢桁架梁的基础上，通过在其上或其下增加附梁的方式，将原有截面中减少的钢筋在附梁中以一个大于1的系数假设，通过设计验算应该说可以实现。

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[6] 刘坚，周东华，王文达，郝际平.钢与混凝土组合结构设计原理 [M].北京:科学出版社.2005，9.

[7] 刘凤娥.型钢混凝土结构中节点构造探析.中州大学学报[J].2008，25(1):116-118.

[8] GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003.

[9] JGJ99-1998，高层民用建筑钢结构技术规程[S].

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[12] 王继武，刘小渝，沈小俊.型钢混凝土框架梁柱节点受力性能有限元分析.重庆交通大学硕士学位论文[D].2009.