高层钢管混凝土结构梁柱节点设计方法初探

高层钢管混凝土结构梁柱节点设计方法初探
在高层的梁柱节点设计中，需要对钢管混凝土以及相关的构件有着严格的要求，尤其是在近年来，梁柱节点设计出现了许多新型节点模式，使得梁柱节点更加的简单、节约。

因此，本文就高层钢管混凝土结构梁柱节点设计方法上展开分析与研究。

标签：高层；钢管混凝土；梁柱节点
随着社会经济的不断发展，我国现代化城市建设取得了明显的成果，在城市中不断有新的高层建筑出现，这一情况也促使着高层建筑在施工设计上的新要求，尤其是在高层的梁柱节点的设计上，会通过钢管混凝土的构造来保证建筑的抗震能力、承重能力等各方面性能。

1、高层梁柱节点的种类
1.1穿心钢管混凝土节点
相比于非穿心节点来说，穿心节点在施工的过程中需要更多的步骤，而因为有穿心结构可以将梁一端的力直接传到的中心的混凝土部分当中，这样的设计可以有效的提升整个节点结构的刚度以及抗震能力。

而在穿心钢管混凝土节点中也分成半穿心型钢管混凝土节点以及全穿心型钢管混凝土节点，而这一分类的关键就在于内部的穿心结构是否穿过了混凝土结构。

同时在钢管内部浇灌混凝土也会受到穿心结构的影响，而半穿心结构则受影响较小。

在穿心结构中，通常可以是钢筋、锚定板、钢制承重销等材料[1]。

而在这样的节点设计中，由于会使用大量的钢制材料，所以对于焊接的质量有着严格的标准，例如像钢制承重销这样的节点穿心构件，通常都是需要在加工工厂进行专门的加工，其成本也比较昂贵。

在穿心节点中，一般按照穿心构造会分成牛腿穿心钢管混凝土节点、内加强环穿心节点、钢筋穿心节点、锚定板穿心节点、十字板穿心节点。

1.2非穿心梁柱节点
这种非穿心节点在结构上比穿心节点的施工更加的简便，其具体的结构也比较单一，通过焊接在钢管外侧的钢制强化环或者是牛腿结构将剪力以及弯矩传送出去。

如果在梁柱节点上还有钢筋混凝土的环梁时，这一结构也会对承载剪力有一定的作用。

而在这种节点结构中由于没有烦穿心结构所以在抗压方面造成的影响相对较小。

因此非穿心梁柱节点更多的用于层数较多的钢管混凝土结构中，由于在钢管内没有其他的结构可以直接使用顶部浇筑法进行施工。

在非穿心梁柱节点设计中，可以分成外加强环型梁柱节点、环梁节点、变宽度单梁式节点、双梁节点。

2、高层梁柱节点的设计原则
在高层的建筑设计当中，钢管混凝土结构中的梁柱节点在设计上需要保证安全性能，因此在高层建筑中进行梁柱节点的设计应当遵循五个原则。

首先，在设计时，节点的位置应当有一定的刚度以及承重性，形成柱强梁弱，节点最强的设计结构。

其次在节点的设计上需要使用一定的计算模型，在考虑铰接以及刚接的过程中，要有着明确的选择。

再次，高层的梁柱节点需要在内力的传送上符合一定的标准，力的传送既要有明确的途径又要方便稳定。

第四，在满足前三条原则之后，选择的节点要尽量的便于施工，最后在节点的设计应当尽可能的降低钢材的消耗。

3、高层梁柱节点的设计
3.1梁柱节点设计要求
首先是对梁柱节点强度的设计要求，在设计中需要保证节点有着一定的抗震能力，达到“大震不倒，小震不坏”的标准。

在小震的情况下，节点结构应当发挥弹性的作用，而在大震的情况下，节点的抗震能力应当起到塑性体的状态。

同时，在节点部位出现强力振动的情况下，节点部位会出现强度较高的剪力，这就要求节点设计上要有一定的剪力承载能力。

其次，是在节点结构上的要求，在构造上，节点的设计应当表现出良好的传力效果，结构简洁明了，有着较高的整体性能，安全性格符合标准，便于施工等。

施工时节点的构造应当与设计方案相一致，符合设计中的连续变形要求以及静力的相对平衡要求。

禁止在钢管结构上进行套箍，避免对钢管内部造成撕裂力[2]。

3.2高层梁柱节点的承载能力计算
首先是对水平方向的剪力承载计算，剪力的计算数值需要根据国家的抗震力度相關标准来进行，在构造上可以分成四个大的抗震能力层次。

在设计中应当实现混凝土钢筋结构的弱弯强剪的结构要求，确保在梁柱发生弯曲时出现的剪力破坏，钢筋的结构使得对钢管的厚度以及管直径等有着一定的要求，通过计算得出相应的内力值数。

其次是节点的纵向上的剪力承受能力的设计，当剪力经过钢制加强环之后，会将剪力传送向钢管，接着扩散到钢管上下的混凝土部分上，这样的过程使得在整个节点上形成了一个剪力传送区域。

在剪力的传送区域中抗剪力的程度会受到传送区域长度的影响，而长度则由钢管的外部情况，剪力的程度以及连接剪力构造所决定[3]。

在设计的角度上来讲，剪力的传送区域不能超过杆件的最小的截面大小。

3.3高层梁柱节点在抗弯能力上的设计
梁柱节点的抗弯能力主要是节点中心部分的梁柱顶端形成梁弱柱强的设计，在对钢筋混凝土的设计上，梁柱节点应当考虑在最严重的轴力情况中，节点的抗弯性能需要高于在一个平面上各个梁上的弯矩总和。

3.4结构处理措施
在高层的梁柱节点的设计中，需要确保在最大的内力下，高层的梁柱不会出现相对的转角，在梁轴力以及弯矩都通过连接结构传递到钢管混凝土结构时，应当减少钢管混凝土承受的拉力，避免对钢管结构造成撕裂性的破坏。

结论：
总而言之，在我国城市现代化建设的发展中，高层建筑正在迅速的发展起来，在对于高层建筑的钢管混凝土结构中，节点的设计应当具有较强的抗震能力和承重能力。

同时钢管混凝土结构在我国的高层建筑中更加的符合我国的建筑工程的实际情况，在未来的高层建筑中应当有着更加广泛的运用。

参考文献：
[1]刘志全.钢管混凝土及钢结构梁柱节点受力性能有限元分析[D].沈阳工业大学，2014.
[2]罗杰.圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点力学性能研究[D].天津大学，2015.
[3]银加恩.附加钢筋对钢—混凝土组合梁负弯矩区受力性能影响研究[D].郑州大学，2014.。