钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接
推荐一种钢管商品混凝土柱与钢筋商品混凝土梁节点做法，使钢管在节点区的连接更
加安全、可靠。

商品混凝土梁可以很好的传递内力，与其他节点做法相比，具有施工方便、加快功效和节约材料的优点。

一、概述
钢管商品混凝土结构是由商品混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，改变了
各自本身的材料性质，共同成为一种新的复合材料，由于钢管商品混凝土结构能够更有效地发挥钢材和商品混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，使得商品混凝土强度和延伸性大大提高，形成了卓越的承载能力和变形能力。

近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。

钢管商品混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管商品混凝土结构、圆钢管商品混凝土结构和多边形钢管商品混凝土结构等，其中矩形钢管商品混凝土结构和圆钢管商品混凝土结构应用较广。

1．钢管商品混凝土结构的特点
众所周知，商品混凝土的抗压强度高。

但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯
能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。

而钢管商品混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使商品混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于商品混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。

钢管商品混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。

钢管商品混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：
1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越
钢管商品混凝土柱中，钢管对其内部商品混凝土的约束作用使商品混凝土处于三向受压状态，提高了商品混凝土的抗压强度；钢管内部的商品混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。

研究表明，钢管商品混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和商品混凝土柱承载力之和。

钢管和商品混凝土之间的相互作用使钢管内部商品混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。

钢管商品混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。

剥去钢管后，内部商品混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。

抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。

在这方面，钢管商品混凝土构件要比钢筋商品混凝土构件强得多。

在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。

但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。

因此，钢管商品混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

1.2 施工方便，工期大大缩短
钢管商品混凝土结构施工时，钢管可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受商品混凝土养护时间的影响；由于钢管商品混凝土内部没有钢筋，便于商品混凝土的浇筑和捣实；钢管商品混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。

2、在高层建筑中往往仅在框架柱中采用钢管商品混凝土，而框架梁则采用普通钢筋商品混凝土，故两者的连接节点成为工程中的难点之一。

目前常用的连接节点有钢管开小孔法、钢管开大孔后补强法、型钢梁连接法、钢牛腿法等。

钢管开孔法由于钢柱开孔后使得钢管在节点区域内不连续性，难以保证节点原有的刚度；钢牛腿法由于存在现场钢筋仰焊等复杂工艺，且质量不宜保证的情况，在超高层钢筋含量大的情况下实用性较差，故此方法推广较少；型钢梁连接法不但增加用钢量，在现场施工增加了施工工序。

以上列举的连接节点均存在一定程度的不足，本文推荐一种在钢柱上设置环板牛腿焊接套筒连接节点，通过模型试验为基础的理论分析，并在滨海国贸中心的成功应用，证明具有安全、可靠和经济适用的优点。

二、环板牛腿加焊接套筒节点的优点
1、在梁钢筋上皮设置加强外环板，并在梁位置延伸牛腿，梁下皮位置设置内同心圆环板，对钢管内商品混凝土的约束力没有改变，不影响钢管商品混凝土柱的承载能力和变形能力，由于节点部位加强环的约束而得到加强。

2、在牛腿梁上直接焊接直螺纹套筒，梁钢筋与套筒连接，梁可以可靠地传递内力，梁长度范围内的刚度不变，结构受力分析与实际形同。

3、在节点区域设置水平同心圆加强环补强后，钢管在节点范围内是连续的，节点刚度不受影响，且设置水平加强环后加强节点区域的约束能力，本身传递一部分弯矩，也使得弯矩分布的范围更广，满足“强节点弱构件”的要求。

4、加强环、套筒全部工厂化制作、安装，现场工作量减小，方便施工，且全部工厂化加工，不存在仰焊等复杂施工工艺，保证了节点区域的质量。

5、由于环板与牛腿的构成，商品混凝土梁与钢管壁接触处不需在做其他处理，不必担心商品混凝土直接与钢管壁接触产生的裂缝。

6、对无梁楼盖同样适用，现场施工速度大幅提高。

7、节点区域无需其他处理（如柱帽等处理），成型效果美观。

三、节点构造
节点构造见下图（1），其要点如下：
1、梁与钢柱连接采用钢牛腿过度，避免梁两端剪力集中。

2、在梁顶面和梁底各设置一道水平加强环，环板宽度若为钢管商品混凝土柱则取钢管直径的10%。

3、梁上皮位置设置内、外加强环，二排钢筋采用套筒连接，一排钢筋直接在牛腿处焊接。

梁下皮钢筋处设置内环板，下皮钢筋全部采用套筒连接，套筒采用错位焊接。

4、钢牛腿在节点范围内的高度和位置，牛腿腹板越高，牛腿上翼缘板越接近梁顶面位置，牛腿的抗弯作用越明显，单牛腿位置过高可能会导致其他梁钢筋在叠合处过高，导致局部位置楼面的标高变化而牛腿位置过低会削弱其传递弯矩的能力。

5、梁钢筋尽量采用大直径的HRB400级钢筋，以减少钢筋的排数。

6、梁下皮钢筋采用直螺纹套筒连接，梁下部钢筋在制作时断开后焊接，街头错位设置，满足规范要求。

四、工程实例
1、天津滨海国贸中心工程：钢管商品混凝土框架—钢筋商品混凝土核心筒结构，建筑高度185.2M，结构四周采用16跟1500mm圆钢管商品混凝土框架柱，如图1。

图（1）
五、结束语
1、钢管采用环板牛腿构造，对钢管原有截面及母材无任何损伤，牛腿的设置力的传导有效的过渡至钢管柱。

2、水平加强环的设置，对商品混凝土的承载力无任何影响，且加强了节点区域的约束能力，及节点薄弱环节的补强。

3、牛腿套筒的焊接，保证了节点区域的连接可靠性及连接质量，减少现场的施工量及方便运输。

4、此方法同样适用于无梁板结构，且钢构件全部工厂化加工，减少现场施工工序及焊接量，在满足规范、结构安全的前提上，工期及经济方面展现出了特有的优势。

5、该法的可靠性和可行性已通过模拟试件和工程实例所证实，可大幅节约节点的钢材，简化节点做法且方便施工。