型钢混凝土组合结构梁柱节点深化设计研究.pdf

1 5 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 1 卷第 2期 2 0 1 0年 2月 V0 J 41 N o 2 F e b 2 0 1 0 型钢混凝土组合结构梁柱节点深化设计研究 牛志平 ( 北京建工集团有限责任公司， 1 0 0 0 5 5 ， 北京) 摘 要 ： 结合兵器科技信息大厦工程实例 ， 详细介绍了型钢混凝土组合结构梁柱节点的深化设计方法 ， 包 括梁钢筋在遇到柱型钢时的三种解决方 法， 即绕过柱型钢 、 穿过柱型钢腹板和与柱型钢翼缘板焊接连接， 以及 柱 的主筋和箍筋在遇到梁型钢时的解决方法。 关键词： 型钢混凝土组合结构； 梁柱节点； 深化设计； 锚固 中图分类号 ： T U 3 9 8 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 1 5 0 0 3 I N DEPTH DES I GN AND RES EARCH oN PRoFI LED STEEL CoNCRETE Co【 P OSr I E S TRUCTURE BEAM CoLUM N NoDE Nl U Zh ip i n g ( B e i j i n g C o n s t ruc t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p C o ，L t d ，1 0 0 0 5 5 ，B e ij i n g ,C h i n a ) A b s t r a c t ： B a s e d o n t h e p r a c t i c e s o f We a p o n S c i e n t i f i c a n d T e c h n i c a l B u i l d i n g p r o j e c t ，t h i s p a p e r i n t r o d u c e s i n d e p t h d e s i g n me t h o d o f p r o fi l e s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e s t r u c t u r e b e a m c o l u mn n o d e i n d e t a i l s ， i n c l u d i n g t h r e e s o l u t i o n s f o r t h e c o n d i t i o n wh e r e b e a m s t e e l b a r me e t s c o l u mn p r o fil e s t e e 1 n a me l y b e i n g we l d e d t o t h e c o l u mn p r o fi l e s t e e l fl a n g e p l a t e a f t e r b y p a s s i n g c o l u mn p r o fil e s t e e l a n d p a s s i n g t h r o u g h c o l u mn p r o fil e d s t e e l we b p l a t e，a n d s o l u t i o n s for t h e c o n d i t i o n wh e r e ma i n b a r a n d s t i r r u p me e t b e a m p r o fi l e d s t e e 1 Ke y wo r d s：p r o fi l e d s t e e l c o n c r e t e；b e a m c o l u mn n o d e；i n - d e p t h d e s i g n；a n c h o r a g e 1 深化设计概况 兵器科技信息大厦 的结构形式为框架剪力墙结 构 ， 地上1 5 层 ， 地下2 层 ， 总建筑面积为4 4 5 0 0 n l 。其中 部分梁 、 柱为型钢混凝土组合结构， 型钢混凝土柱典型 截面为8 0 0 r n mx 8 0 0 iT l m，翼缘板外侧沿柱身全高布置 0 1 9 ， L = 8 0 m m抗剪力栓钉 ，型钢混凝土梁典型截面为 5 0 0 m m x 5 5 0 m m。在型钢混凝土组合结构的梁柱节点 部位 ， 由于梁 、 柱型钢 的截面尺寸大 ， 且钢筋粗 、 数量 多， 造成梁柱节点的情况异常复杂 ( 图1 ) 。因此需对每 个型钢混凝土梁柱节点进行深化设计。以此作为现场 施 工的依据 。 图1 型钢混凝土梁柱节点示意 收稿 日期 ： 2 0 0 9 l 1 1 7 作者简 介： 牛志平 ， ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 天津人 ， 博士 ， 主要 研究方 向为工程项 目管理 e ma i l ： n z p 0 1 1 6 3 c o rn 型钢混凝土组合结构深化设计的任务是根据梁 、 柱型钢的截面尺寸和位置 ，适当调整梁 、柱钢筋的位 置 ， 并设计梁 、 柱钢筋穿过型钢或与型钢连接的构造措 施 ， 使现场梁 、 柱 的型钢 、 钢筋实际完成情况满足图纸 和规 范要 求 。 本工程共完成1 1 3 张深化设计图， 其中包括钢筋调 整图、 型钢加工图 、 钢筋与型钢连接详图等。合理地解 决了型钢混凝土组合结构的施工难点，为工程顺利进 行提供了技术保证。 2 梁钢 筋深化设计 型钢混凝土梁钢筋的深化设计是此次深化设计内 容 中的重点 和难点 ，需解 决梁 的上下排钢 筋在遇 到柱 型钢 时如何 穿过或如 何连接 的 问题 。 按照 原设计 图 ， 在 梁柱节点，型钢混凝土梁的上下排钢筋由两侧至中间 分别与型钢混凝土柱的钢筋 、柱型钢腹板和柱型钢翼 缘板相交叉。 设计中采用三种方法解决此问题 ， 即绕过 柱型钢、穿过柱型钢腹板以及与柱型钢翼缘板焊接连 接 ( 图2 ) 。 2 1 梁 主筋绕 过柱钢 筋和型钢 梁上下排钢筋的最外两侧钢筋可弯折后从外侧绕 过柱型钢。 本工程型钢混凝土梁宽5 0 0 ra m， 型钢混凝土 柱的型钢截面尺寸为4 5 0 m mx 4 5 0 m m， 因此梁上下排钢 筋的最外两侧主筋能直接绕过柱型钢 相邻第2 根梁主 2 0 1 0年 2月 牛志平 ： 型钢混凝土组合结构梁柱节点深化设计研究 1 5 1 攀 梁 -F 排 钢 筋 用 钢 筋 连 接 器 l ul： 一 与 柱 型 钢 翼 缘 连 接 图2型钢混凝土梁柱节点钢筋示意 筋按照最大1 ： 6 的弯度弯折后也同样能绕过柱型钢。 2 2 梁 主筋 穿过 柱型钢 的 腹板 解决梁 上 下排钢 筋 的最外 两侧 钢筋 绕过柱 型 钢 之 后 ，其内侧紧临的左右两根钢筋可采用穿过柱型钢腹 板的方式 。依据设计要求， 钢筋在遇到型钢构件时 ， 翼 缘板不能打孔 ， 但腹板可以。梁主筋直径为2 2 2 5 m m， 依据工程实际经验 ，需在柱型钢腹板上开一个直径5 0 m m的孔才能使梁主筋顺利穿过。 柱型钢在两个方 向的 翼缘板之间有8 0 1 0 0 m m的空隙 ，因此可穿过一根钢 筋 。 尽管柱型钢腹板不是主要受力构件 ，但对于保持 柱型钢的整体刚度和稳定性也起着重要作用，因此在 柱型钢腹板上开孔采取以下两个措施 ： ( 1 ) 腹板开孔不 能采用现场火焰开孔，必须在构件加工厂采用机械式 开孔 ： ( 2 ) 开孔后在腹板两侧要加焊补强板。 2 3 梁主 筋与柱 型钢 翼缘 板焊 接连 接 型 钢混 凝 土梁 上 下排 钢 筋 的 中间 2 4 根 钢 筋 既 不 能绕 过柱 型钢 ， 也没 有足 够空 间 穿过柱 型钢腹 板 ， 只 能 与柱 型钢 翼缘 板焊接 连 接 。 依 据 设计要 求 ， 钢筋 不能 直 接与型钢翼缘板焊接 ，因此梁上排钢筋采取与柱型钢 附加连接钢板焊接的方法 ，梁下排钢筋采取钢筋连接 器 的方法 。 型钢 混 凝 土梁 上排 钢 筋 与 柱 型钢 翼 缘板 连 接 ， 采 取在柱型钢上增加连接钢板 ，钢筋焊接在连接钢板上 的方 法 。柱 型 钢 上 的附加 连 接钢 板 采 用3 0 m m厚 同材 质钢板 ， 宽度与柱型钢 翼缘板相 同， 长度取值考虑两方 面因素 ：一是满足梁上排钢筋在连接钢板上的焊接长 度 ， 钢筋与连接钢板采用双面焊形式 ， 焊接长度不小于 5 d ( d 为钢 筋直 径 ) ； 二是满 足梁 上排 钢筋 端部 与柱 型 钢 翼缘 板之 间 的间距能 够让 另 一方 向绕柱 型钢 的梁 钢 筋 通过 。 为了保证连接钢板与柱型钢翼缘板的连接质量 ， 连接钢板均在构件加工厂与柱型钢翼缘板焊接( 图3 ) 。 型钢混凝土梁下排钢筋与柱型钢翼缘板连接 ， 无 法在柱型钢上增加连接钢板 ，钢筋焊接在连接钢板上 的方法 。这是因为型钢混凝土梁高度为5 5 0 mm， 其 内 包 裹 的型钢 骨 架 高度 为3 0 0 m m，梁 型钢 上下 各 有 1 2 5 图3 型钢混凝土梁上排钢筋与连接钢板焊接示意 m m的高度用于处理梁上下排钢筋与柱型钢翼缘板的 连接 。若采取连接钢板 的方法 ，连接钢板厚度为3 0 m m，连接钢板与梁型钢下翼缘板之间只有9 5 mm的空 间 ， 无法满足梁下排钢筋与连接钢板的焊接要求。 如果 将梁下排钢筋焊接在连接钢板的下面 ，则要采取仰焊 的施工工艺 ， 不利因素多 ， 焊接质量无法保证。 为解 决型钢 混凝 土梁 下排钢 筋 与柱型 钢翼 缘板 连 接的难题 ，本工程采取梁端部用钢筋连接器将钢筋与 柱型钢翼缘板连接 ，梁中部钢筋用套筒冷挤压连接的 方法 。 型 钢混 凝 土梁 下 排钢 筋 与 柱 型钢 翼 缘板 连 接 ， 首 先应解决的问题是选择钢筋连接器 。项 目部技术人员 经多方了解发现 ，钢筋连接器的原理与常用的钢筋剥 肋滚压直螺纹连接原理基本一致 ，因此可将直螺纹套 筒 当作钢 筋连 接器 与柱 型钢 翼缘板 焊接 。为 了证 明直 螺纹 套 筒 与柱 型钢 具 有可 焊 性 ， 经 与设 计 、 监 理 协商 ， 现场制作三个试件进行工艺检测 ，实验结果显示直螺 纹套筒与型钢焊接处的强度大于钢筋强度 ，证明以直 螺纹套筒作为钢筋连接器是可行的。 在实际施工时 ， 钢 筋连 接器 在构件 加 工厂 与柱 型钢翼缘 板焊 接 ，梁下 排 钢筋套丝后在现场直接拧入钢筋连接器即可实现钢筋 与柱 型钢 翼缘 板 的连接 。 选定钢筋连接器后 ，随之而来 的问题是梁 中部下 排钢筋如何连接。因为钢筋连接器 的施工工艺决定了 梁 下排钢 筋应 先在 两端 与钢 筋连接 器拧 紧 ，然后钢 筋 再在梁中部连接 。而此时已无法采取剥肋滚压直螺纹 连接方式。经反复研究 ，决定选择套筒冷挤压连接方 式。这是因为钢筋连接主要有绑扎搭接 、 焊接连接 、 机 械连接等方式 ， 而绑扎搭接不适用于较粗 的钢筋 ， 焊接 连接用于此部位施工时存在没有操作空间、施工速度 慢 、 质量不易保证的缺点 ， 机械连接 中剥肋滚压直螺纹 连接方式已被排除 ，只有套筒冷挤压连接方式满足施 工 要求 。在现 场施 工 时 ，先将套 筒完 全套在 一侧 钢筋 1 5 2 建筑技术 第 4 1 卷第 2期 上。 再将两根钢筋分别拧入两端的钢筋连接器中， 然后 将钢筋接头对好 ，将套筒调整到合适位置即可实施冷 挤压。 型钢混凝土梁下排钢筋在梁两端与柱型钢翼缘板 连接以及在梁 中部用套筒冷挤压连接如图4 所示。 图4型钢混凝土梁 下排钢筋两端及 中部连接示意 3 柱钢筋深化设计 3 1 柱 主筋深化 设计 型钢混凝土柱中间的主筋按照原设计图纸进行施 工时应在 梁型钢 的翼缘板 上打孔 穿过 ( 图5 ) ， 而梁 型钢 的翼缘板是主要受力构件 ， 不得打孔减少受力面积 ， 因 此需调整柱主筋位置， 同时还要避开梁的主筋。 因为梁 型钢翼缘板的宽度相对于柱宽度小很多 ，所以将原设 计中穿过梁型钢的柱主筋移向两侧 。 避开梁型钢 ， 然后 调整柱箍筋尺寸， 使之与柱主筋相适应， 并在上下层梁 型钢之间增加一根直径1 8 m m的架立筋 ，以保证柱箍 筋的绑扎质量。 钢 ( b ) 图5 型钢混凝土柱主筋深化设计前后对比 ( a ) 原设计 图； ( b ) 深化设 计图 3 2 柱箍 筋深化 设计 型钢混凝土柱箍筋深化设计的第一步是依据深化 设计后的柱主筋位置和柱型钢翼缘板外侧的栓钉来调 整柱箍筋的尺寸。依据柱型钢翼缘板外侧的栓钉调整 柱箍筋的尺寸是因为型钢混凝土柱在 同一截面上使用 四种不同形式的箍筋，其中内部两个矩形箍筋紧贴柱 型钢翼缘板外侧 ， 而柱型钢翼缘板外侧满布栓钉 ， 矩形 箍筋如果按照设计图进行加工则无法安装，因此应当 调整矩形箍筋的肢距， 使箍筋能够顺利安装。 柱箍筋深化设计 的第二步是解决柱箍筋穿过梁 型钢腹板和连接托座的问题。型钢混凝土柱的箍筋在 原设计图中为封闭箍筋 ， 但在梁柱节点部位 ， 柱箍筋 要穿过梁型钢和连接托座 ， 封闭箍筋无法安装。因此 为满足柱箍筋的安装要求 ， 需在梁型钢和连接托座的 腹板上开孔使柱箍筋穿过 ， 而且要将封闭箍筋改为两 个U形箍筋 柱箍筋安装后在搭接位置焊接1 0 d ( d = 箍 筋直径 ) 以满足搭接要求( 图6 ) 。 搭 接 连 接 托 座 预留过筋孔 图6 梁型钢腹板和连接托座预留箍筋孔示意 4结语 本文以兵器科技信息大厦工程为实例， 详细介绍了 型钢混凝土组合结构梁柱节点的深化设计方法， 包括梁 钢筋在遇到柱 型钢 时的三种解 决方法 ，即绕过柱型钢 、 穿过柱型钢腹板和与柱型钢翼缘板焊接连接， 以及柱的 主筋和箍筋在遇到梁型钢时的解决方法。 本工程的深化 设计内容详尽 、 科学合理 ， 具有较强的指导性和可操作 性，为型钢混凝土组合结构的顺利实施提供了技术保 证 并为今后的类似工程提供了宝贵的实践经验。 参考文 献 1 J G J 1 3 8 2 0 0 1 。 型钢混凝土组合结构技术规程 E S 北京 ： 中国建 筑 工业出版 社， 2 0 0 2 2 薛建阳 ， 赵鸿铁 ， 杨 勇型钢 混凝土节点抗震性 能及构造方法册 世界地质工程 ， 2 0 0 2， 1 8 ( 2 ) ： 6 1 6 4 3 张军 钢 骨混凝 土结 构构 造及施 工若 干 问题 J 森 林工 程 ， 2 0 0 6， 2 2( 2) ： 6 2 6 4 4 胡轶敏 ， 尉 彤华 ， 徐少华 ， 等型钢混凝土 梁柱 刚性节点构造 J 浙江建筑 ， 2 0 0 7 2 4 ( 7 ) ： 2 7 3 0