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钢骨柱与混凝土梁、柱连接节点分析张迎松，贾彦学，汪小伟，刘斌（中国建筑第八工程局有限公司，上海，200125）摘要：以山东黄金时代广场西地块A座（主楼）项目为背景，对比分析钢骨柱与混凝土梁、柱连接节点并介绍其施工工艺。
关键词：钢骨柱；节点；深化；控制；施工工艺Analysis of joint between steel column and concrete beam and columnZhang Yingsong,Jia Yanxue,Wang Xiaowei,Liu Bin (China Construction Eighth Engineering Bureau Ltd，Shanghai，200125，China) Abstract: Taking the A block (main building) of the west block of the golden age square in Shandong as the background, the connections between the steel column and the concrete beam and column are compared and the construction technology is introduced.Keywords: Steel column; node; deepening; control; construction process.1 工程概况本工程地下4层，地上45层（不含机电层），建筑高度218m，总建筑面积14.6万㎡。
本工程结构体系为型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构，钢结构主要分布于地下室、塔楼地上及多功能厅屋盖，核心筒结构为劲性钢柱和混凝土剪力墙，外框结构为地上为劲性十字柱和钢梁，地下为劲性十字柱和混凝土梁。
图1 项目整体效果图本工程地下室为劲性十字柱钢骨柱+混凝土梁结构，每层有48根钢骨柱，平均每层有96根混凝土梁与钢骨柱连接，每层约有142个劲性节点，因此如何保证钢骨柱与混凝土梁筋的连接质量和施工效率是本工程的重难点。
钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析**钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析**1. 研究背景钢—混凝土组合梁板体系以其优越的结构特征及应用前景越来越受到关注，近年来已经有屡有尝试应用在实际工程中，具有重要的理论及实用价值。
因此，本文将通过实验研究与理论分析研究钢—混凝土组合梁板体系，以期获得关于该结构本身的有价值的理论依据，为未来更广泛的应用提供参考。
2. 实验研究（1）实验试件结构设计。
钢—混凝土组合梁板实验试件主要由纵向钢筋所固定的混凝土梁板层，以及上、下端翼缘钢板组成。
通过对实验研究件材料、尺寸及构件内荷载的详细设计和计算，确定了试件的尺寸、材料及实验参数。
（2）实验方法。
采用加载—失重法开展了试验，并采用侧向转移式加载器、位移计、载荷计等相应的装置，对试件在不同剪切荷载作用下的变形、构件的损伤和破坏程序、构件内力变化等状态均进行了详细的观测和测量。
3. 理论分析（1）建立分析模型。
根据原理，确定相关参数，建立数值分析模型；同时，根据实际情况做出相应的假定，确保模型的简单方便，加速计算过程。
（2）计算分析。
选择计算机软件，建立模型，输入基本数据，结合建模假定，计算有关参数并得出结论，与实验数据进行比较，分析组合梁板体系的变形、损伤和破坏程序，以及构件内力变化等情况。
4. 结论利用实验研究技术与理论分析相结合，对钢—混凝土组合梁板体系进行了有力的研究。
得出以下结论：(1) 钢—混凝土组合梁板体系具有明显的弹性塑性特征，其受力性能与单件混凝土构件相比有明显的提高。
(2) 研究结果表明，该体系的抗剪强度受纵向钢筋的含量和分布有明显的影响，加载类型和梁板厚度也会对钢—混凝土组合梁板体系的受力性能产生影响。
(3) 实验和理论分析结果表明，该体系具有较高的受力性能及良好的应用前景。
本文通过实验研究与理论分析，对钢—混凝土组合梁板体系进行了有力的研究，提出了设计参数，以及抗剪强度受加载类型和梁板厚度影响的等宝贵的理论结论，为未来开展更加深入的研究提供参考。
Doors&Windows 摘
把型钢插入钢筋混凝土中的结构形式叫做型钢混凝土组在相关的施工规范中规定钢筋不应当穿过型钢柱的翼采用直螺纹连接器指的是钢筋混凝土梁的上下受力钢筋钢筋连接板指的是在型钢柱对应混凝土梁上下纵筋的位型钢柱穿孔连接是指混凝土梁对应的纵横向钢筋位置在如果施工的建筑楼层较少进行连接的方式
）。
型钢混凝土柱与普通钢筋混凝土梁节点连接的施工难度通过对型钢柱与钢筋混凝土梁之间的连接可以看出
参考文献
施工技术
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2019.07。
第３２卷第２期１９９９年４月土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬＶ０１．３２Ｎｏ．２Ａｐｒ．１９９９钢一混凝土组合梁在我国的研究及应用聂建国（清华大学）佘志武（长沙铁道学院）摘要近年来，钢一混凝土组合梁结构在我国发展很快，在建筑和桥梁结构等领域已经得到越来越多的应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。
本文较为系统地阐述组合梁在我国的研究和应用情况，并指出了有关钢一混凝土组合梁方面值得进一步研究的问题。
关键词钢一混凝土组合梁研究应用１引言钢一混凝土组合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构。
同钢筋混凝土结构相比，可以减轻自重，减小地震作用，减小构件截面尺寸，增加有效使用空间，降低基础造价，节省支模工序和模板，缩短施工周期，增加构件和结构的延性等。
同钢结构相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性，增强结构抗火性和耐久性等。
近年来，钢一混凝土组合结构在我国的应用实践表明，它兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，适合我国基本建设的国情，将成为结构体系的重要发展方向之一。
作为组合结构体系中重要横向承重构件的钢一混凝土组合梁在建筑及桥梁结构等领域具有广阔的应用前景。
限于篇幅，本文将重点介绍钢一混凝土组合梁结构在我国的研究和应用情况。
２钢－混凝土组合梁在我国的研究概况钢一混凝土组合梁结构在美国、日本、欧洲等发达国家已经得到了较广泛的应用。
但是，组合梁在我国的研究起步比较晚。
在我国改革开放以前，虽有少数工程曾经应用过钢一混凝土组合梁，但当时未考虑组合效应而仅仅把它作为强度储备提高安全度或者是为了方便施工而已，当时我国有关设计规范都未涉及钢一混凝土组合梁的设计内容。
１９７８年以来，原郑州工学院、原哈尔滨建筑工程学院、山西省电力勘测设计院、华北电力设计院和清华大学等单位曾先后对钢一混凝土组合梁进行了研究和应用，取得了一系列具有重要理论意义和实用价值的成果。
型钢混凝土梁柱节点抗震性能的试验研究摘要近年来，我国经济总量迅速增长，建筑技术水平不断提高。
随着城市人口数量剧增，为了缓解城市建设用地紧张，大量城市均已建成或正在建设数百米高的建筑。
混合结构体系在这一背景下应运而生。
混合结构兼具钢结构与混凝土结构的优点，能够充分发挥型钢与混凝土两种材料的特性，在抗震性能及建筑适用性方面具有无可比拟的优势。
混合结构作为一种新兴的建筑结构体系，虽然已经被国内外大量高层建筑采用，但是在实际应用过程中仍然存在一些问题，这些问题的存在限制了混合结构体系的推广应用。
目前的研究主要集中在型钢混凝土柱-钢(钢筋混凝土)梁节点抗震性能上，对于能够简化型钢混凝土梁柱节点施工工序的新型梁柱节点构造形式研究较少。
梁柱节点是结构的关键部位，受力复杂，其性能直接关系到整体结构的抗震性能。
我国现有规范及实际工程中，梁柱节点均采用节点核心区水平箍筋穿过梁型钢腹板孔洞的构造形式，但是在实际施工过程中，水平箍筋弯钩难以穿过梁型钢腹板孔洞，这给施工工序及质量保证带来了难题及隐患。
本文通过改进现有型钢混凝土梁柱节点构造形式，在规范规定的节点构造形式的基础上，提出了两种梁柱正交及一种梁柱斜交的改进型节点构造形式。
将一种普通节点形式(SRCJ-01)、三种新型的节点形式(SRCJ-02，SRCJ-03，SRCJ-04)以及同尺寸、同配筋的钢筋混凝土梁柱节点(RCJ)制作试件，进行低周反复荷载作用下的拟静力试验，研究其抗震性能。
根据试验现象及量测的数据，对比了各节点形式在低周反复荷载作用下的破坏形态、极限承载力、强度退化规律、滞回特性、耗能性能及关键部位应变分布等。
对比结果表明：各试件均发生了梁端塑性铰破坏，节点核心区保持完好，证明了“强柱弱梁强节点”的设计原则的正确性；型钢混凝土梁柱节点的承载力、延性、耗能能力等方面均明显优于钢筋混凝土节点；采用U形箍筋的SRCJ-02的极限承载力和抗震性能均优于SRCJ-01，这证明了使用U形箍筋替代闭合箍筋的构造形式是合理可行的；腹板开矩形孔的SRCJ-03在承载力方面略有不足，但是其等效粘滞阻尼比系数均大于其他试件，证明了其具有良好的耗能性能；梁柱斜交的SRCJ-04的极限承载力优于其他试件，延性处于其他试件之间，证明了该梁柱斜交节点构造形式是合理的。
第40卷第6期建 筑 结 构2010年6月钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱连接节点的试验研究许 巍1,2, 梁书亭2, 陈 林3, 张根俞2(1东南大学建筑设计研究院,南京210096;2东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室,南京210096;3北京市建筑设计研究院,北京100045)[摘要] 依托实际工程,通过两个钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱连接节点的缩尺模型试验,提出了以对拉钢筋代替钢梁翼缘穿过节点核心区的梁柱节点做法。
试验证明,此类节点构造合理,传力可靠,施工方便,具有良好的承载能力和抗震性能。
在试验研究基础上,提出了节点的抗剪承载力及构造措施,为该类节点的设计与施工提供参考。
[关键词] 钢 混凝土组合梁;钢筋混凝土柱;节点Experimental research on joint between steel concrete composite beam and reinforced concrete columnXu Wei 1,2,Liang Shuting 2,C hen Lin 3,Zhang Genyu2(1Archi tectural Design &Research Insti tute,Southeast Universi ty,Nanjing 210096,China;2Key Lab of RC &PC Structure of M inistry of Education,Southeast Universi ty,Nanjing 210096,China;3Beijing Institute of Architectural Design and Research,Beijing 100045,China)Abstract :Based on a real case,design concept and constructional details of the joints between steel concrete composi te beam and reinforced concrete column were introduced through the experi ment of two models,in which steel beam flanges were substitu ted wi th reinforcement in the case design of a conference building.The test resul ts indicate that the joint is comparatively safe and rational.Shear capacity and cons truction methods are also advanced which provide reference for the project desi gn and construction.Keywords :steel concrete composi te beam;rei nforced concrete column;joint作者简介:许巍,博士,Email:xuwei 97@s 。
0 工程背景江苏省商检局办公大楼主体结构为25层(含地下1层),另有裙房3层。
裙房第3层为会议大厅,屋面大梁跨度约16m,其上为屋顶花园,设计覆土约1m 。
经综合比较后采用钢 混凝土组合梁方案[1]。
结构设计中,采用了用对拉钢筋代替钢梁翼缘穿过节点核心区的钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱节点,并对该类节点形式进行了试验研究。
图1 组合梁剖面1节点设计裙房屋面的钢 混凝土组合梁采用Q345钢材,混凝土强度等级为C30,连接件采用圆柱头焊钉。
组合梁剖面如图1所示。
钢梁和节点在厂家加工完成后,两者在现场焊接拼装。
组合梁与柱子连接节点的立面形式如图2所示。
图3中,节点1为裙房组合梁与主楼边柱的连接节点(主楼楼面和裙房屋面有1 2m 高差),钢梁部分在伸过节点区时,用对拉钢筋代替上下翼缘,腹板保持连续。
在梁柱接头位置,对拉钢筋焊接在两块端承面板图2 试件立面与加载示意图上。
节点2为裙房组合梁与裙房圆形端柱连接的节点,构造与节点1类似。
组合梁腹板的连续和钢板翼缘用对拉钢筋的替换,既保证了组合梁的连续性,也减少了节点区构造钢筋的数量,便于柱的纵向受力钢筋穿过节点区和柱混凝土的浇筑。
正交方向的框架梁受力钢筋可直接焊接在腹板上;或者在腹板开洞,将受力钢筋从洞口穿过。
2试验分析2 1试验设计为验证该类节点的安全性,进行了1 3缩尺模型图3 组合梁的节点照片和结构详图的伪静力试验。
其中,试件J1和J2分别仿照节点1和节点2来设计制作。
具体截面设计参数见表1。
试验采用荷载 位移控制的分级加载制度,每级反对称加载并循环往复三次。
按照工程实际情况,取柱轴压比 =0 25,在试件J1和J2的柱顶分别施加850和600kN 的轴压力,加载示意见图2。
在试件开裂前后及极限荷载附近,荷载级差减小。
在梁端屈服之前用荷载控制,之后用屈服荷载所对应的梁端位移 控制,施加2 ,3 ,,每级仍循环三次,直至试件丧失承载力。
试件的截面设计参数表1试件翼缘B f!t f腹板h w!t w柱截面b c!h c纵筋箍筋水平箍筋节点区梁腹板t w!b w!h w端板截面b!h!t板面钢筋板底钢筋J1160!10180!10405!405121610@8010@8010!380!575650!40!10550!40!1012@70(双向)8@200(横向)J2160!10180!10D=33081610@8010@8010!310!310650!40!1012@70(双向)8@200(横向)2 2滞回曲线及骨架曲线试件的荷载和位移控制数值列于表2。
图4为试件的整体破坏形态。
试验的滞回曲线及骨架曲线如图5所示。
由图可见,试件J1的滞回曲线呈梭形,而试件J2则有一定的捏缩,但正向加荷时承载能力和变形能力均无下降的趋势,可认为节点具有良好的抗震性能。
从反复加载的滞回曲线看出:向下加载时,受压区主要为工字钢梁的下翼缘部分,只要下翼缘部分不发生屈曲,荷载不会明显下降,变形性能很好;向上加载时,板为主要受压区,受压混凝土被压碎剥落,承载能力和变形性能明显下降,表现出与普通钢筋混凝土梁柱节点相似的滞回特性。
试件的主要指标表2试件P y kN P u kN y m m u mm正向反向正向反向正向反向正向反向破坏形态J121022032038015105837混凝土柱完好,组合梁破坏J221018035028018185043混凝土柱和组合梁均出现塑性铰 注:正向为向上加载,反向为向下加载。
2 3耗能能力评价为了定量评价试件的耗能能力,定义耗能系数E及各循环的平均耗能系数E为:E=E i∀P y y, E=E n nP y y式中,Ei为在某一循环耗散的能量,En为总耗能能量,n为总循环数,∀Pyy为外力功,∀P y y=0 5P+y +y+0 5P-y -y其中,P+y,P-y分别为试件正反的屈服荷载, +y, -y 分别为试件正反方向的屈服位移。
图4 试件的破坏形态图图5 试件滞回曲线及骨架曲线E消除了屈服荷载和屈服位移的影响,其物理意义是非线性耗能之比。
En反映了试件总的非线性耗能能力。
En越大,试件在地震作用过程中的耗能就越多。
经过计算[2],在循环荷载作用下,试件J1,J2的 E 分别为7 565,2 667。
可见,组合梁发生破坏时,耗能能力比较高;如果组合梁破坏的同时,发生柱的破坏或图6 试件J1节点区钢梁和对拉钢筋应力变化过程轻微破坏,耗能能力相对较差一些。
2 4节点区应变测试在试验过程中,在J1节点核心区腹板和对拉钢筋上选取特征位置,布置应变片以观测试验过程中的应变分布和变化。
从试验结果[2]可以看出,在反复荷载作用下,对拉钢筋的抗拉作用明显,在核心区受剪过程中起拉杆的作用。
节点区腹板下部水平截面上的应变变化与对拉钢筋的应变变化规律相似,即加载端应变大,远离加载端应变逐渐减小。
腹板对角线应变大小基本不变,可作为建立节点受剪承载力计算方法的试验依据。
主要测试结果如图6所示。
图7 试件J1有限元结果3计算与构造(1)采用有限元计算软件ANSYS 对试件J1进行了分析[2],部分结果如图7所示。
分析结果与试验结果基本吻合,验证了节点区受剪时的斜压杆机理。
节点对拉钢筋上的拉应力分布与试验结果类似,且处于同一高度平面的对拉钢筋受力相当。
节点区出现裂缝后,拉应力转移到对拉钢筋上,对拉钢筋上的应力趋于均匀。
有限元分析计算出的节点最大转角与试验测得的节点最大转角也基本相当,误差大约10%。
(2)柱边面承板是梁端传递内力的关键部件。
为了防止柱边面承板厚度不足产生塑性变形,应确保其厚度不宜小于钢梁腹板厚度。
柱边面承板受力复杂,尚缺乏足够的试验数据,其厚度计算暂时参考美国ASCE 的研究成果[3],公式为:t #t 0=0 13P f y a式中,P 为面承板受到的混凝土斜压杆的水平推力 N,f ya 为柱边面承板的屈服强度 MPa,t 为柱边面承板的厚度 mm 。
当对拉钢筋代替翼缘穿过节点时,偏安全考虑取:P =T =f y A st式中f y 为对拉钢筋屈服强度 MPa,A st 为对拉钢筋面积 mm 2。
(3)对拉钢筋主要起拉杆的作用,确保钢梁上下翼缘的拉压力传递到节点核心区。
为了防止对拉钢筋过早屈服,应使得:T bt +T s #f y A st式中T b t 和T s 分别为钢梁翼缘和混凝土板中主筋到达极限状态时的拉力。
(4)对拉钢筋与面承板焊接部位是受力集中部位,为改善该处的受力性能,建议在对应位置设置耳板。
节点区的钢箍可以对半切开焊在腹板上,仍可按常规计算方法承担部分剪力。
江苏省商检局办公大楼采用了以上研究成果,竣工以来的监测表明,使用状况一直良好。
其计算方法和设计构造还有待于进一步试验、分析和完善。
4结论(1)在梁柱的节点区,由腹板、对拉钢筋及柱边面承板组成的∃钢框架%,可与混凝土共同形成强核心区,具有良好的延性和耗能能力,能满足∃强节点、弱构件%的要求。
(2)腹板的连续和翼缘用对拉钢筋的替换,既保证了组合梁的连续性,同时也减少了节点区构造钢筋的数量,便于柱的纵向受力钢筋穿过节点区。
(3)试验表明,该类节点构造简单,传力合理,承载力满足设计要求,具有较好的抗震能力。
参考文献[1]白永生,许巍,蒋永生,等.对某大跨、重载裙房屋面大梁结构设计方案的比较和分析[J].江苏建筑,2002(1):13 16.[2]陈林.钢筋混凝土组合梁与钢筋混凝土柱节点设计方法的试验研究[D].南京:东南大学,2003.[3]ASCE Task committee on design criteria for composite s tructures i n s teeland concre te.Guideli nes for design of j oi nts between s teel bea ms and reinforced concrete column[J].Journal of Structural Engineeri ng,ASCE,1994,120(8).。
