型鋼混凝土連接設(shè)計與構(gòu)造

型鋼混凝土柱設(shè)計及構(gòu)造要求第一部分：框架的梁柱節(jié)點第二部分：柱與柱、梁與墻的連接及柱腳設(shè)計第三部分：框架節(jié)點承載力驗算型鋼混凝土連接設(shè)計與構(gòu)造第一部分型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點

1型鋼混凝土梁柱節(jié)點的研究現(xiàn)狀

2型鋼接頭的基本要求

3節(jié)點基本要求：型鋼、縱筋

4型鋼梁－型鋼柱

5鋼筋混凝土梁－型鋼柱

6鋼梁－型鋼柱1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究框架梁柱節(jié)點是梁和柱的重疊區(qū)域，是保證結(jié)構(gòu)承載力和剛度的重要部位。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同,型鋼混凝土梁柱節(jié)點的形式主要有三種:

1)鋼筋混凝土梁-型鋼混凝土柱的連接;

2)型鋼混凝土梁-型鋼混凝土柱的連接;

3)鋼梁-型鋼混凝土柱的連接。梁柱連接節(jié)點的基本要求：構(gòu)造簡單、傳力途徑明確，便于鋼筋混凝土配筋和混凝土澆注、振搗施工。由于鋼筋混凝土的造價較低,我國型鋼混凝土柱和鋼筋混凝土梁配合使用的較多,國內(nèi)對此類節(jié)點所做的試驗研究也較多。研究的方向集中在梁中縱筋在節(jié)點區(qū)的錨固連接上。一種意見認(rèn)為,梁中主筋不應(yīng)穿過柱型鋼翼緣,也不得與柱型鋼直接焊接,否則將影響柱的抗彎承載力和節(jié)點的受剪承載力。另一種意見則認(rèn)為,在型鋼上開穿筋孔不會影響型鋼柱的承載力和節(jié)點受剪承載力。1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究節(jié)點連接的一種形式為：在柱型鋼上設(shè)置工字鋼牛腿,梁內(nèi)部分主筋穿過型鋼混凝土柱連續(xù)配置,部分主筋在柱兩側(cè)截斷與鋼牛腿焊接或搭接。需要注意的問題：。

這種連接方法將使梁端塑性鉸外移,因此要求從梁端至牛腿端部以外有一段箍筋加密區(qū)在牛腿末端位置處,由于截面承載力和剛度突變,很容易發(fā)生混凝土擠壓破壞,故鋼牛腿的翼緣常設(shè)計為變截面翼緣,構(gòu)造較為復(fù)雜。1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究節(jié)點連接的另一種形式為：1）對柱內(nèi)配十字形型鋼的梁柱節(jié)點,節(jié)點構(gòu)造采用梁內(nèi)部分縱筋穿過柱翼緣,部分縱筋焊接在短牛腿上,但在柱型鋼翼緣開孔處,用加強鋼板進行補強。2）對柱內(nèi)配箱形或圓管形等封閉式型鋼的梁柱節(jié)點,節(jié)點構(gòu)造采用在梁的上、下縱筋與型鋼相交處開設(shè)小的圓形或半圓形穿筋孔,梁筋從孔中穿過。1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究我國對型鋼混凝土梁或鋼梁與型鋼混凝土柱的連接的節(jié)點構(gòu)造研究較少，特別是對內(nèi)配箱形或圓管形等封閉式型鋼的柱與型鋼梁的連接節(jié)點。目前給出的十字形節(jié)點型鋼連接形式基本上是參考了國外的節(jié)點型鋼連接形式,柱內(nèi)型鋼大都采用貫通型,在對應(yīng)于型鋼梁的上下翼緣處,設(shè)置水平或垂直加勁肋。1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究1、型鋼混凝土框架的梁柱節(jié)點研究節(jié)點型鋼貫通形式：柱型鋼貫通，梁型鋼貫通柱貫通形梁貫通形2、型鋼的接頭（1）接頭的位置：型鋼混凝土柱、梁內(nèi)的型鋼接頭，應(yīng)盡量選擇桿件內(nèi)力較小的截面位置。梁、柱內(nèi)型鋼接頭的位置，應(yīng)該與縱向鋼筋接頭錯開。型鋼接頭的細部構(gòu)造應(yīng)力求簡單，并應(yīng)避開梁、柱內(nèi)縱向鋼筋和箍筋的密集區(qū)，以免影響該部位混凝土澆注的密室性。（2）型鋼變截面接頭型鋼混凝土柱內(nèi)的型鋼芯柱需要改變截面面積時候，宜保持型鋼的截面高度不變，而改變型鋼的翼緣的寬度、厚度和腹板的厚度。2、型鋼的接頭（2）型鋼變截面接頭若需要改變型鋼芯柱的截面高度時，宜采用逐步減少腹板截面高度的過渡段，并在變截面段的上端和下端設(shè)置水平加勁肋。當(dāng)變截面過渡段位于梁－柱節(jié)點處，變截面段的上、下端，距離梁內(nèi)型鋼頂面和底面不宜小于150mm。（3）接頭承載力最低值梁、柱內(nèi)型鋼的接頭采用螺栓連接時，由于螺栓孔使型鋼截面面積減小，需要對接頭進行承載力驗算，使它不小于該截面處型鋼所承擔(dān)的內(nèi)力設(shè)計值，并要求在構(gòu)件產(chǎn)生相當(dāng)大的塑性變形前，接頭不發(fā)生破壞。接頭承載力應(yīng)不小于型鋼母材承載力的一半。柱內(nèi)變截面型鋼接頭邊柱中柱2、型鋼的接頭（4）接頭處內(nèi)力設(shè)計值型鋼混凝土梁、柱內(nèi)的型鋼接頭采用螺栓拼接方式時，接頭的內(nèi)力設(shè)計值（需考慮不同抗震設(shè)防情況）：3、框架的梁－柱節(jié)點：型鋼構(gòu)造要求節(jié)點類型型鋼混凝土框架的梁－柱節(jié)點，分三類鋼筋混凝土梁與型鋼混凝土柱的連接。型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱的連接；鋼梁與型鋼混凝土柱的連接；節(jié)點構(gòu)造：梁、柱內(nèi)的型鋼型鋼混凝土柱和各類梁的連接，均宜采用柱型鋼貫通型，柱內(nèi)型鋼芯柱截面形狀的選擇，應(yīng)方便梁縱向鋼筋貫穿節(jié)點區(qū)。避免梁縱筋穿過柱內(nèi)型鋼芯柱的翼緣，并盡可能減少梁縱筋穿過型鋼腹板的數(shù)量。梁內(nèi)型鋼（包括鋼梁形式）與柱內(nèi)型鋼在節(jié)點內(nèi)應(yīng)當(dāng)采用剛性連接。節(jié)點構(gòu)造：梁、柱內(nèi)的型鋼節(jié)點內(nèi)梁、柱型鋼的連接構(gòu)造應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的構(gòu)造要求。3、框架的梁－柱節(jié)點：型鋼構(gòu)造要求節(jié)點構(gòu)造：梁、柱內(nèi)的型鋼節(jié)點處，柱的型鋼芯柱應(yīng)在對應(yīng)于梁型鋼（或鋼梁）上、下翼緣位置或者鋼筋混凝土梁截面上、下邊緣位置處設(shè)置水平加勁肋。加勁肋板厚度應(yīng)于梁端型鋼翼緣相等且不小于12mm。水平加勁肋的構(gòu)造應(yīng)方便混凝土的澆注。為了避免澆注混凝土?xí)r水平加勁肋的角部因空氣不易排出而出現(xiàn)空洞，有必要在該部位設(shè)置排氣孔。當(dāng)柱內(nèi)型鋼采用圓形或方形鋼管時，節(jié)點處水平加勁板的中心部位，應(yīng)設(shè)置混凝土澆灌孔。3、框架的梁－柱節(jié)點：型鋼構(gòu)造要求梁－柱節(jié)點處的混凝土空洞：十字形鋼芯柱3、框架的梁－柱節(jié)點：型鋼構(gòu)造要求梁－柱節(jié)點處的混凝土空洞：方形鋼芯柱3、框架的梁－柱節(jié)點：型鋼構(gòu)造要求節(jié)點構(gòu)造：縱向鋼筋和箍筋節(jié)點設(shè)計應(yīng)盡量減少框架梁縱向鋼筋穿過柱內(nèi)型鋼的數(shù)量。梁的縱向鋼筋不應(yīng)穿過柱的型鋼翼緣，也不得與柱內(nèi)型鋼直接焊接。若節(jié)點設(shè)計無法避免在柱內(nèi)型鋼翼緣上鉆孔時，必須將型鋼翼緣截面的缺損率控制在10％限度內(nèi)，且應(yīng)按柱端最不利組合的M,N驗算有孔截面的承載力。柱的型鋼腹板上為了梁縱筋通過設(shè)置貫穿孔時，其截面缺損率宜小于型鋼腹板截面面積的25％，超過后應(yīng)補強。柱內(nèi)型鋼腹板上預(yù)留的鋼筋貫穿孔的孔徑，應(yīng)比鋼筋直徑大4～6mm。此外，為縱梁、橫梁鋼筋預(yù)留的孔洞在高度上應(yīng)該相互錯開。3、框架的梁－柱節(jié)點：縱筋和箍筋柱內(nèi)型鋼腹板的梁縱筋預(yù)留孔3、框架的梁－柱節(jié)點：縱筋和箍筋節(jié)點構(gòu)造：縱向鋼筋和箍筋四邊有梁約束的型鋼混凝土框架節(jié)點，其受剪承載力和變形能力均優(yōu)于鋼筋混凝土梁框架節(jié)點，因此，節(jié)點體積配箍率的最低限制可以相應(yīng)減小。對于框架等級為一、二、三級的框架，其梁-柱節(jié)點的體積配率宜分別不小于0.6%,0.5%,0.4%。任何情況下節(jié)點內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于柱端加密區(qū)箍筋間距的1.5倍。3、框架的梁－柱節(jié)點：縱筋和箍筋4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱節(jié)點對于“型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱”的框架節(jié)點，梁內(nèi)型鋼和柱內(nèi)型鋼的連接方式：（1）焊接—梁內(nèi)型鋼翼緣與柱內(nèi)型鋼翼緣采用全融透焊縫連接，梁的型鋼腹板與焊于柱型鋼翼緣上的豎板之間采用摩擦型高螺栓連接。（2）栓接－在工廠制作時，采用全焊縫連接將一小段鋼梁（懸臂梁段）焊于柱的型鋼上。在施工現(xiàn)場，采用高強螺栓將梁內(nèi)的型鋼與懸臂段相連接。其特點是，不需要在工地現(xiàn)場進行焊接，避免了工地焊接可能引起的焊縫品質(zhì)不穩(wěn)定的問題。焊接栓接梁內(nèi)型鋼與柱內(nèi)型鋼連接方式4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱節(jié)點4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱節(jié)點4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱節(jié)點4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱對于的框架節(jié)點的其他連接要求：梁內(nèi)和柱內(nèi)的縱向鋼筋均應(yīng)連續(xù)通過節(jié)點區(qū)；柱內(nèi)型鋼在梁內(nèi)型鋼上、下翼緣高度處設(shè)置的水平加勁肋，其厚度應(yīng)當(dāng)與梁端型鋼翼緣等厚。為確保梁縱筋的握裹力和澆注混凝土的密實，梁縱筋與平行方向型鋼翼緣的凈距S不應(yīng)該小于30mm，且不小于混凝土粗骨料最大粒徑的1.5倍。4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱對于“型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱”的框架節(jié)點的其他連接要求：箍筋設(shè)置：采用四支L形箍筋組合而成，相互搭接處焊縫的長度不小于10倍箍筋直徑。當(dāng)鋼梁的腹板采用高強螺栓與型鋼芯柱連接時，應(yīng)注意鋼梁腹板上的螺栓孔與柱箍筋穿過孔不要過于靠近，以免產(chǎn)生鋼梁腹板撕裂現(xiàn)象。梁縱筋與平行型鋼翼緣的凈距型鋼混凝土梁的鋼腹板預(yù)留孔之間的裂縫在跨度較大的框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)采用型鋼混凝土梁和鋼筋混凝土柱時，梁內(nèi)型鋼應(yīng)深入柱內(nèi)，且應(yīng)根據(jù)梁端受力狀態(tài)采用可靠的支撐和錨固措施，以確保型鋼混凝土梁的端部內(nèi)力合理地傳到柱內(nèi)。條件許可時，宜在框架節(jié)點內(nèi)設(shè)置一段型鋼芯柱，用以與梁內(nèi)型鋼連接。4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱:其他連接4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱:其他連接4、型鋼混凝土梁－型鋼混凝土柱柱的型鋼為十字型截面時，梁內(nèi)型鋼與柱內(nèi)型鋼的連接有以下方式：水平加勁肋三角型水平加勁肋豎向加勁肋梁翼緣貫通式柱內(nèi)型鋼采用方形或者圓形鋼管時，梁內(nèi)型鋼與柱內(nèi)型鋼的連接可采用：外隔板內(nèi)隔板加勁環(huán)貫通式隔板5、鋼筋混凝土梁－型鋼混凝土柱鋼筋混凝土梁－型鋼混凝土柱的連接方式，有梁筋貫通，梁筋與短鋼梁搭接和梁筋焊于牛腿上幾種形式，宜優(yōu)先采用前一種連接方式。第二部分柱與柱、梁與墻連接及柱腳設(shè)計

1過渡層設(shè)置

2鋼筋混凝土柱過渡層

3鋼柱過渡層

4梁與墻連接

5柱腳設(shè)計1、柱和柱的連接地震災(zāi)害調(diào)查表明，由于結(jié)構(gòu)下部的型鋼混凝土柱直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)上部的鋼柱或鋼筋混凝土柱的樓層，由于材料和剛度的突變，結(jié)構(gòu)往往產(chǎn)生較嚴(yán)重的破壞。因此，對于此類混合結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)置。過渡層－－由型鋼混凝土柱轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罨炷林ɑ蜾撝┑牡谝粚?。鋼筋混凝土柱的過渡層鋼柱的過渡層2、鋼筋混凝土柱的過渡層1）下部型鋼混凝土柱中的型鋼應(yīng)向上延伸一層或者兩層。過渡層中的型鋼截面尺寸可根據(jù)梁的具體配筋情況適當(dāng)變化，縱向鋼筋配置應(yīng)按照鋼筋混凝土柱計算，且箍筋沿柱全高加密。2）結(jié)果過渡層內(nèi)的型鋼上應(yīng)設(shè)置栓釘，栓釘直徑和縱橫向間距有限制。3、鋼柱的過渡層1）過渡層柱按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，需設(shè)置外包混凝土層但不考慮其承載力貢獻。2）結(jié)構(gòu)過渡層及過渡層以下兩倍柱型鋼截面高度的范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置栓釘。3）在十字型柱與箱型柱連接處，十字型柱腹板應(yīng)深入箱型柱內(nèi)，其伸入長度不宜小于柱型鋼截面的高度。4、梁與墻連接剛接：在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼梁或型鋼混凝土梁內(nèi)型鋼與型鋼混凝土墻內(nèi)型鋼暗柱的連接，宜采用剛接。此時，型鋼混凝土梁內(nèi)縱向鋼筋深入墻內(nèi)的長度，應(yīng)滿足受拉鋼筋的錨固要求。若需要將型鋼混凝土梁與剪力墻做成剛接時，應(yīng)在剪力墻響應(yīng)位置設(shè)置型鋼暗柱后設(shè)置剛接連接。4、梁與墻連接鉸接：5、柱腳設(shè)計柱腳有非埋入式和埋入式兩種。非埋入式柱腳依靠地腳螺栓和底板把型鋼的內(nèi)力傳給基礎(chǔ)。埋入式柱腳主要依靠型鋼與混凝土之間的側(cè)壓力傳遞型鋼柱中的內(nèi)力。型鋼混凝土柱的柱腳宜采用埋入式柱腳。第三部分節(jié)點核心區(qū)承載力驗算

1節(jié)點核心區(qū)受力性能及影響因素

2節(jié)點承載力計算1、節(jié)點核心區(qū)的受力性能及影響因素型鋼混凝土梁柱節(jié)點在低周反復(fù)荷載下有較好的剛度和延性,可提高節(jié)點的抗裂度和抗剪承載力,增加結(jié)構(gòu)的耗能能力,防止節(jié)點脆性破壞。 1)抗剪承載力:型鋼混凝土梁柱節(jié)點內(nèi)含型鋼,型鋼腹板參與工作,增加了一個重要的抗力因素,加之翼緣框?qū)诵膮^(qū)混凝土的約束作用,使節(jié)點抗裂度和極限承載力都高于普通混凝土梁柱節(jié)點。影響因素主要有型鋼腹板和翼緣截面面積(型鋼含鋼率)、節(jié)點區(qū)箍筋的配箍率、混凝土的強度等級、軸壓比、型鋼的形式即節(jié)點核心區(qū)混凝土所受約束程度等。1、節(jié)點核心區(qū)的受力性能及影響因素 2)延性和耗能性能:節(jié)點荷載(F)-位移(Δ)滯回曲線表明,無論是延性還是耗能能力,型鋼混凝土節(jié)點都優(yōu)于鋼筋混凝土節(jié)點。鋼筋混凝土節(jié)點在承載能力達到極限后便急劇下降,滯回環(huán)呈“捏縮”現(xiàn)象,位移延性系數(shù)僅為2.0左右;型鋼混凝土節(jié)點由于型鋼的塑化作用,達到極限荷載后承載力下降速度緩慢,滯回環(huán)很豐滿,位移延性系數(shù)均大于4.0,具有良好的延性和耗能能力。影響因素主要有型鋼的含鋼率和形式、配箍率和軸壓比等。1、節(jié)點核心區(qū)的受力性能及影響因素 3)核心區(qū)的剪切變形及剛度退化:試驗表明,按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)配有最小配箍量的型鋼混凝土節(jié)點,其剪切變形比同條件的普通混凝土節(jié)點要小,而且型鋼混凝土節(jié)點的剛度退化緩慢。影響因素主要是核心區(qū)的約束程度和梁筋在節(jié)點內(nèi)的錨固狀況。2、節(jié)點承載力計算：剪力設(shè)計值2、節(jié)點承載力計算：水平受剪截面限制條件2、節(jié)點承載力計算：受剪承載力2、節(jié)點承載力計算：受剪承載力(1)水平加勁肋型鋼節(jié)點中最常用的一種連接方式；優(yōu)點是應(yīng)力傳遞平順合理；缺點是水平加勁肋妨礙混凝土的澆灌。(2)三角形水平加勁肋三角形水平加勁肋改善了水平加勁肋混凝土的澆注條件缺點是應(yīng)力傳遞效果差。而且三角形加勁肋使柱型鋼腹板型鋼產(chǎn)生了比較大的應(yīng)力集中，需要進行強度驗算。(3)豎向加勁肋豎向加勁肋的優(yōu)點是改善了混凝土的澆灌條件缺點是應(yīng)力傳遞不直接，梁翼緣應(yīng)力要通過柱翼緣和豎向加勁肋進行二次傳遞。(4)梁翼緣貫通式梁翼緣貫通式的做法是將上層和下層的型鋼翼緣切斷后，焊接到貫通的梁的翼緣上。優(yōu)點是傳力性能良好，缺點是混凝土澆注困難。(1)外隔板在梁內(nèi)型鋼的上、下翼緣位置，焊接加寬的水平外隔板，方鋼管內(nèi)部無連接件，因而管內(nèi)混凝土澆注方便，管外混凝土的澆注混凝土則比較困難，設(shè)計許可時，最好在水平