试论某高层建筑钢管混凝土梁柱节点设计

试论某高层建筑钢管混凝土梁柱节点设计摘要：本文根据某高层建筑为工程案例，主要针对钢管混凝土梁柱的节点设计进行阐述，通过合理设计，高层建筑采用钢管混凝土柱可取得较可观的经济效益。

关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；梁柱节点

abstract: in this paper, according to a high-rise building for project cases, mainly in steel tube concrete beam-column node design is expounded, through the reasonable design, high building the concrete-filled steel tube column can be achieved considerable economic benefit.

keywords: high building; concrete-filled steel tube column; beam-column joints

中图分类号：tu97文献标识码： a 文章编号：

一、项目概况

本项目包括住宅、办公、酒店、商场等。地下2层，最大深度10.6m，裙楼为4层，局部5层，裙楼天面高度为20.5m。

本工程为带转换层、多塔双重复杂高层建筑。结构布置利用建筑楼梯间、电梯间、设备间设置剪力墙筒体，核心筒贯通建筑物全高。在转换层以上，竖向构件采用一般剪力墙，由于建筑使用要求，转换层以下墙体收为框支柱，根据建筑布局，转换层以下另外布置一些落地剪力墙，满足转换层上下层侧向刚度比的要求。

转换层混凝土强度等级为c50，采用主次梁转换形式，转换主梁尺寸主要为1200×2000 型钢混凝土梁，部分荷载较大者为1200×2500型钢混凝土梁。

对于框支柱设计，设计阶段考虑了两种方案。方案一: 采用型钢混凝土柱: 截面尺寸主要为1200×1200，混凝土强度等级为c60。方案二: 采用钢管混凝土柱: 截面尺寸φ800×25( 壁厚)，混凝土强度等级为c60。具体技术指标比较见表1。

表1 框支柱选型主要技术指标比较表

经比选，本项目框支柱形式选用钢管混凝土柱，主要原因如下:

1.钢管混凝土柱最大优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小，减少了结构占地面积。从表1 可见，钢管混凝土柱截面与型钢混凝土柱相比: 截面面积减小65%，相应有效使用面积可增加65%; 钢材节约37%; 柱自重减轻约60%，由此减小了地基基础的负担，降低了基础造价，同时也减小了地震反应; 另外也由于省去了大量的模板，节省了大量木材，降低了费用。

2.钢管混凝土的抗压、抗扭和抗剪性能特别好，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高。对混凝土来说，由于钢管约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使混凝土抗压强度提高了几倍。

3.抗震性能优越，延性很好。在抗震地区采用圆钢管混凝土柱

时，可不限制柱子的轴压比，而只控制柱子的长细比。混凝土是脆性材料，混凝土的破坏具有明显的脆性性质，即使是钢筋混凝土受压构件，尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏，也是脆性破坏。在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的，甚至是大量的。而钢管混凝土结构中，由于核心混凝土是处于三向约束状态，约束混凝土与普通混凝土不同，不仅改善了使用阶段的弹性性质，而且在破坏时产生很大的塑性变形，钢管混凝土柱的破坏，完全没有脆性特征，有较好的延性。另外，由于结构自重大大减轻，这也对减小地震作用大为有利。

二、钢管混凝土柱节点设计

1.楼面梁柱节点设计

钢管混凝土柱楼面梁柱节点形式主要有加强环式节点、钢筋贯通式节点、锚定式节点、钢筋混凝土环梁节点等等，本工程选用本地区常用的钢筋混凝土环梁节点(见图1) 。

图1 楼面梁柱节点图2 转换梁柱节点大样

由于相关规范没有环梁节点承载力验算的计算公式，计算采用相关文献( 方小丹等《rc 梁圆钢管混凝土柱节点环梁承载力设计方法》) 建议的环梁节点内力计算公式和环梁节点设计计算方法。

etabs 计算结果显示钢筋混凝土梁端负弯矩最大值为754.6 kn·m。考虑梁端刚域的影响，实际计算中取梁端负弯矩mb0=0.75×754.6 = 566kn·m。

（1) 计算环梁节点扭矩和抗扭设计。

当框架梁节点单侧有楼板时，环梁节点处扭矩mrt =0．25βrt mb0 =0.25×1.1×566 =156kn·m。

环梁截面为450×850，环梁截面受扭塑性抵抗矩: wt = b2 /6( 3h －b) =7．09 ×107 mm3。

mrt /0．8wt = 2.745 ＜ 0.25fc = 3.575，截面满足规范要求。

环梁箍筋采用三级钢φ12*100，根据《混凝土结构设计规范》式7．4．6-1，得

。

故环梁截面抗扭承载力满足要求。

（2)计算环梁节点弯矩和抗弯设计。

mrw = 0.35βrmmb0 = 0.35×1.1×566 = 218 kn·m。

按《混凝土结构设计规范》计算得as =mrw/(fyγsh0) =763.5 mm2。

环梁采用对称配筋4 根三级钢18 直径。

（3)抗剪环复核设计。

a．剪力环选用两排直径为22的三级钢，焊缝hf=8mm( 双面焊缝) ，抗剪承载力为vs1=βf fthc×lw =10297kn。

b．抗剪环与混凝土之间的局部受压承载力vs2，取ω = 0．75，β1 = 1．25，f c = 1.43 n/mm2，vs2 =ωβ1 fca1 = 277.8 kn，vs = min{ vs1×2/4，vs2 ×2 } = 555.6 kn。

钢筋混凝土框架梁作用于环梁的剪力最大为417kn ＜ vs

=555.6 kn，满足抗剪承载力要求。