型钢混凝土结构梁柱节点连接技术

型钢混凝土结构梁柱节点连接技术

赵崇阳

上海建工一建集团有限公司成都分公司  四川 成都 610000

【摘要】伴随着科技的飞速发展和社会的进步，中国的高层建筑和超级高层建筑数量持续增长，而型钢混凝土结构的使用也日益普及。这种类型的结构是通过把超高层768型钢柱、梁与钢筋混凝土相互结合的技术来实现的。由于其具有较大的刚性和优秀的抗震特性以及强大的承重力，使得它成为了一种倍受欢迎的选择。这个类型结构中，梁柱接点的设计和建造对确保结构的安全性和品质至关重要。本研究以龙之梦城B地块项目的超高层型钢与混凝土钢筋连接技术的特点及其挑战为切入点，提出了超高层型钢与混凝土钢筋连接的制造步骤，并简略地讨论了超高层型钢与钢筋混凝土混合结构的建设过程以及超高层型钢和钢筋的节点连接技术的运用中的注意要点。

【关键字】 超高层、型钢、钢筋、节点、连接技术

一、工程概况

成都东客站龙之梦城B地块项目位置在成都成华区，毗邻成都东客站。项目占地面积约为20037平方米，其中基坑面积约为16484平方米，建筑总面积约249742平方米，地下室建筑面积约为50345平方米。

龙之梦城B地块由一栋带宴会厅的公寓楼及一幢呈“Y”字形的酒店构成。酒店为带5层裙房的48层超高层建筑（另有三层夹层）。“Y”字形酒店有三个标高，分别为144.25米（三十八层）、157.85米（四十二层）、178.25米（四十八层）。

本工程酒店钢结构分为两大部分，第一部分在结构的地上一层（-1.320标高）至地上八层（37.250标高）主要为核心筒内的十字钢骨柱、H型钢骨柱和外框架的圆管劲性柱、H型钢梁；第二部分在结构第38层（144.250标高）至第46层（168.050标高）之间的核心筒的H型钢骨柱。

二、梁钢筋与型钢柱连接方式的选择

本工程钢柱有圆形劲性钢管柱、H型钢柱、十字钢柱三种形式。由于型钢梁、柱与梁、柱钢筋交错，节点复杂。本工程型钢混凝土梁柱节点连接采取以下三种方式：

1 打孔法

在柱纵筋或者梁纵筋遇到型钢柱或者型钢梁的翼缘和腹板的时候在相应的位置上打孔使钢筋贯通的处理方式。

在设计过程中，应尽量减少梁柱纵筋穿越型钢腹板的次数，同时也不建议穿越型钢的翼缘。对于型钢腹板，打孔率应控制在25 %以下，若需要超出这个比例，则需要安装补强板。此种方法主要应用于钢筋较少，需要开孔率不大于腹板25%截面面积的十字柱和型钢梁上。

2 在型钢柱翼缘板上焊接牛腿

此种方法是在型钢柱上焊接牛腿，让部分梁纵筋与牛腿可靠焊接，焊接长度双面焊为5d单面焊为10d，结合现场实际情况，基本都是用双面焊。部分纵筋从翼缘板边缘采用1:6弯折绕开，部分纵筋在预留孔中穿过。

此种方法主要应用于钢管柱或者钢筋太多开孔过多不满足开孔率要求的十字柱使用。

当使用钢牛腿连接方式时，钢牛腿的高度应不低于梁高的0. 7倍。然而，这种连接方法在项目实施过程中可能会带来以下问题：

1）由于梁柱连接处的钢筋密度较大，因此设计牛腿时需考虑到穿过这些密集钢筋的情况。此外，这个节点的处理必须首先确保建筑物的整体刚度和稳定性，这意味着有时我们不得不牺牲一些钢筋来适应钢构件的需求，从而使其配筋比例增加且单排钢筋数目过多的情况下难以达到穿筋的要求。

2）由于牛腿末端的截面承载力和刚度发生了剧烈变化，混凝土容易产生挤压形变。

3）钢牛腿的设置本身增加了节点区域的用钢量，整个工程下来，增加的工程量很大，不符合项目的经济要求和当今社会的节约理念。

3 连接套筒连接

当使用连接套筒的方式来连接时，所选用的连接套筒必须由不低于Q345B等级的低合金高强度工程构造钢制成。对于型钢而言，其焊接方法为部分熔透与角接组合焊缝，以确保符合连接套筒的同等刚度需求。这种连接模式不仅克服了穿孔连接法对型钢强度刚度的减损问题，也避免了牛腿连接法所需钢用量的提升，并且有效地减少了交错作业，从而加快了建设进度且节省了项目的成本。此外，该种连接方式对连接套筒与型钢间的焊接品质有着严苛的要求，因此需要做力学性能试验。

此种方法主要应用于钢管柱和钢筋较多的十字柱。

这种连接有以下几种优势：

1）通过将连接套筒与焊接钢板进行对比，我们能够在一定程度上减少钢材的使用量。

2）钢结构的深度设计被简化，不再需要在钢柱上进行开孔和放样操作。

3）施工简便，节约工期；

4）在同一水平高度，纵向和横向梁的纵筋无需进入柱内。

这种连接方法的缺点在于增加了套筒的使用量。对于工期要求极高的项目，采用套筒进行连接相当迅速。

三、型钢混凝土梁柱连接技术

   型钢混凝土结构梁和柱的连接关键部位是节点，梁和柱的内力通过节点传递，节点的可靠性对于结构正常使用至关重要。节点受到弯矩、压力和剪力等力的复合作用，其受力情况较为复杂。

在此工程中，型钢混凝土结构梁柱节点连接主要有以下3种形式：

3.1 型钢混凝土柱——钢筋混凝土梁的节点连接

刚性连接被采用在型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接上，梁的纵筋向柱节点延伸，符合钢筋锚固的要求。这样的连接方式主要包括钢管柱与钢筋混凝土梁的连接，以及十字钢柱和H型钢柱与钢筋混凝土梁的连接。

（1）为了确保节点的结构承载能力，应避免过多地在型钢的腹部钻孔，同时也不能让所有梁的纵向钢筋都通过腹板来连接。这些钢筋需要围绕着钢柱并按照1：6的角度进行弯曲以避开它们。梁下排钢筋，直接弯锚。如果梁的宽度和钢柱的直径相近或者两者存在一定的偏移，那么梁边上的钢筋可以通过绕过钢柱的形式实现连接。

对于钢柱上的预设钢筋孔而言，其孔洞的大小应等于钢筋直径加上10毫米(即D = d + 10 mm，其中D代表孔口尺寸，而d则表示钢筋直径)，同时必须确保该孔的最外围部分和钢柱外表面的间距至少达到70毫米。此外，需要对钢柱打孔进行深化设计，并确定梁柱连接节点的位置。在此深化的设计阶段中，需要注意以下几个方面：

1）梁的纵筋孔位应避开柱子的纵筋。

2）确定主梁和次梁的位置，需要确保主梁的纵向筋在下方，而次梁的纵向筋则应在上面，纵向与横向梁的纵筋开孔位置应当有所错开，以防止两者之间出现冲突。

因为有钢柱的存在，完成钢结构深化的设计之后，钢筋混凝土梁的纵向钢筋布置和没有钢柱的情况会有所不同，因此，须在钢结构深化设计之后来进行箍筋的放样，以防止因箍筋不能被安装而导致的浪费。如果节点的梁纵向钢筋多，需要在钢柱中打出大量孔洞的话，先核算开孔之后的钢柱承受能力，如果有必要加加强钢板的地方，应该添加补强的钢板。

3.2型钢混凝土柱——型钢混凝土梁的节点连接

对于型钢混凝土柱和型钢混凝土梁节点的连结方式来说，通常是使用加强环梁或者牛腿来实现连接。使用满足一级焊缝质量要求的全熔透坡口焊，将钢梁焊接在钢柱上。不论选择哪一种方案都需要先做深化设计，型钢柱预留的穿筋孔径大小为D=d+8mm，型钢梁预的留穿筋孔径大小为D=d+10mm，梁腹板上留孔的箍筋预留孔径大小为D=d+5mm。此外还需要在型钢柱和型钢梁交接处的梁腹板设置加劲板，加劲板不宜通长设置，以方便混凝土浇筑。

3.3型钢混凝土柱——型钢梁的节点连接

这个节点的构造与由型钢混凝土柱-型钢混凝土梁组成的节点形式类似，钢梁焊接在钢柱的翼缘上，在施工之前，对梁柱节点进行深化设计，预留好梁纵筋孔(D=d+10mm)和箍筋孔(D=d+5mm)，此外还需要在型钢柱和型钢梁交接处的梁腹板设置加劲板，加劲板不宜通长设置，以方便混凝土浇筑。

四、施工难点及处理方法

型钢柱安装的过程时，其出楼层预留高度应和柱纵向钢筋所预留的高度相匹配或稍低于柱预留高度的位置。在焊接钢柱时，先将柱纵向钢筋弯折，等钢柱焊接完成后在把柱纵筋恢复原状，这样会造成钢筋多次折叠而影响性能。因此，我们使用一等焊缝，在一级焊缝情况下，焊缝可以设置在任意位置，将焊缝位置设置在柱预留钢筋以上10cm左右，以保护柱纵筋和方便钢柱焊接。

在施工中，涉及到的节点多种多样，有柱纵筋穿过型钢梁，梁纵筋穿过型钢柱，剪力墙纵筋锚固和梁钢筋较多等复杂节点。这种节点施工交叉难度大、工序繁杂。梁柱节点的形式选择应该简便和安全，能保证结构质量和施工安全，又不能影响工程进度，处理方法为上述三种节点并用。

首先能弯绕的就弯绕，即1:6弯折绕过。其次在开孔率允许的情况下，与型钢深化设计单位沟通，在保证开孔率满足规范设计要求的情况开孔，其余多余的钢筋采用连接套筒的方式连接在套筒上。

当梁钢筋过多且有多排时，下部下排钢筋采用弯锚并满足锚固长度要求，下部上排钢筋则可以选择连接套筒和加强环连接，当下部只有一排钢筋且钢筋数量过多时，还需要在满足最下排钢筋间距满足25mm的要求下，适当将多余钢筋上移分成两排。梁上部钢筋由于下部钢筋的阻碍大部分或者全部不能采取弯锚，采取连接套筒、开孔、焊接加强环等方式处理。开孔过多时，需要在型钢柱上设置补强板，箍筋则采用U型箍的形式。

在进行开孔操作时，需要避免碰撞到柱子的纵向筋。主梁和次梁开孔位置需要有适当的高度差异，以防止两个方向的梁发生冲突，增加施工难度。

在两端都使用钢套筒连接的情况下，需要确保钢筋的下料长度精确无误。然后将梁主筋从中间切断，并使用正反丝套筒进行连接。

梁两侧模板均不应封闭，或者一边不封闭，另一边靠近复杂节点处不封闭，留待节点处理完毕后在封闭模板。

在实际施工中，工人为了加快施工速度，会随意开孔、焊接等伤害型钢和钢筋。在施工前由技术员进行详细的技术交底和现场指导。在复杂节点施工时样板先行，并让现场工人员观摩学习。并且严格执行三检机制，禁止工人擅自钻孔或焊接，质量控制贯穿于整个施工阶段，以保证施工质量。

五、结语

型钢混凝土结构已经被广泛应用于高层和超高层建筑结构中，这种结构相对于传统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、结构自重小、结构延性好、节约钢材等优点。本篇文章对建设过程中普遍存在的几种型钢混凝土结构梁柱连接方式进行了简单的分析和归纳。实际上，对于型钢混凝土结构梁柱连接的研究仍需进一步深入，例如需要探讨更复杂的梁柱连接方式、理解各种连接方式下的内力传导机制，以及了解型钢柱打孔后的承压性能变化等问题。所以，应继续从理论上和实际施工中加强对型钢混凝土结构梁柱节点的深入研究。

参考文献：

[1]《钢结构施工规范》(GB50755-2012)

[2]《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）

[3]《现行建筑施工规范条文说明大全》中国建筑工业出版社