钢管混凝土柱一钢梁节点类型及优缺点分析

钢管混凝土柱一钢梁节点类型及优缺点分析

摘要：钢管混凝土柱常和钢梁连接在一起，共同构成建筑组合结构。钢管混凝土柱—钢梁节点作为构件间的传力枢纽，扮演重要角色。钢管混凝土柱—钢梁节点在建筑工程中有着多种严密的受力原理。按梁柱间的弯矩传递情况、节点设计原则和连接力的传递形式，研究者和结构工程师们发展出了大量类型丰富的节点连接形式。每一类钢管混凝土柱—钢梁节点都有其自身的优缺点，需要我们在建筑施工中扬长避短。

关键词：钢管混凝土柱钢梁节点

在现代的建筑工程中，大量运用到钢管混凝土，也大量运用到各种造型的钢梁，还经常将两种建材连接到一起构成组合结构，实现更好的建设效果。

为了保证钢管混凝土柱在建设过程中充分发挥其良好的承载力、轴力和剪力等性能，一般的施工都希望保持钢管混凝土柱竖向贯通。这样一般的设计都是钢梁不直接穿过钢管混凝土柱，而是通过节点连接到钢管混凝土柱上。于是，钢管混凝土柱—钢梁节点就变得非常关键。特别是当建筑物遇到地震的影响时，节点对于建筑物的稳定和安全可以说是起到了决定性作用。由于节点如此重要，实际建筑施工中，人们普遍要求节点的构造应满足刚度、强度、稳定性、抗震性能及具有良好塑性。目前，理论界和实践界都对钢管混凝土柱—钢梁节点给

予了较多的关注。

1 钢管混凝土柱—钢梁节点的基本分类

钢管混凝土柱—钢梁节点已经在国内外的多、高层建筑中得到较为广泛的应用。在实际应用中，钢管混凝土柱和梁组成框架或排架。根据钢管混凝土柱和钢梁之间是否出现相对转动，或者按梁柱间的弯矩传递情况来分，钢管混凝土柱—钢梁节点可以分为三类：铰接节点、刚性节点、半刚性节点。在科学研究和实践过程中，研究者和结构工程师们根据节点的设计原则和连接力的传递形式，发展出了一系列新颖独特且经济适用的节点连接形式，如外环板式节点、内隔板式节点、钢梁贯通式节点、栓钉锚固式节点、钢筋贯通式节点等。李威2011年在其博士论文中对主要的节点形式进行了归纳，具体如图1所示：

2 钢管混凝土柱—钢梁节点的受力原理

在进一步介绍各种具体的钢管混凝土柱—钢梁节点形式之前，有必要系统了解一下这些节点形式的基本受力原理。

虽然上面介绍了各种类型的钢管混凝土柱—钢梁节点形式，让我们容易误认为结构复杂，原理多样。其实，仔细分析的话，我们会发现不能上述哪种节点形式，都被看作是由钢管混凝土和钢梁共同构成的建筑连续体。我们日常能看到的各种建筑结构，主体框架基本都是自下而上的，但是每层楼的横梁却都是从建筑物的一侧横穿贯通到另外一侧。这自然就涉及到纵梁跟横梁之间的交叉衔接问题。根据建筑

学的基本原理，刚性的钢管混凝土柱承载着较大的荷载，相应地对节点位置也提出了较高的力学要求，于是要求相连的梁柱的中性轴夹角维持在一个恒定值范围。钢粱一端的内力由节点中的链接构件传给混凝土钢管柱身。弯矩以及梁端轴力都以轴力的形式，通过梁的翼缘经连接件传给混凝土钢管柱。

3 常见钢管混凝土柱—钢梁节点的构造及优缺点

虽然钢管混凝土柱—钢梁节点的具体形式很多，而且科研人员和实际工作者还在不断发展出新型的节点形式。但从目前的实际应用来看，较为普遍的节点形式主要有如下几种。

3.1 加强环式节点

当钢梁端同时承受建筑物产生的正负弯矩时，可以考虑在梁端上下分别设置一个加强环。加强环设置在钢管混凝土柱以外叫外加强环，加强环设置在钢管混凝土柱以内，叫做内加强环。不管是外加强环还是内加强环，其基本原理都是通过加强环来根据具体情况承受拉力和压力，形成力偶来抵抗梁端弯矩，同时借助穿心钢板、明牛腿等建筑构件来传递梁端所产生的剪力。这种节点形式优点较多，不仅传力路径清晰、刚度很大，而且能承受较大的荷载。

3.2 劲性环梁节点

劲性环梁节点主要将原节点区中的抗剪牛腿进行加工改造，一方

面使抗剪牛腿的长度增加，一方面是将抗剪牛腿的高度加大，同时将牛腿设置到梁纵筋的下方去。加工改造之后抗剪牛腿具有更强的抗弯能力。实际施工环节中，在混凝土浇筑之后，节点周围的牛腿与混凝土结合形成劲性混凝土梁形成一个刚性节点区域，来承受和传递梁端的弯矩和剪力。这种类型节点的承载力高、刚度大，梁柱弯矩分配钢管柱也能很好的参与。主要弱点是钢牛腿以及比较密的环梁钢筋，使得节点区混凝土绕筑工作有一定难度。

3.3 抗剪环环梁节点

抗剪环环梁节点是在空心的圆钢管外围浇筑起一道环形的钢筋混凝土梁来用以传递弯矩。这样改造之后，可以使得弯矩通过环形梁传递，剪力通过抗剪环传递。这种节点的优点是没有方向性，可与任意方向的楼盖梁相连接，制作施工和经济优势明显；比较明显的缺点是节点的刚度不是很大。

3.4 锚定板式节点

锚定板式节点的构造是在钢管内部正对着钢梁上下翼缘的部位，分别焊接一个埋于柱内混凝土的T形锚定板。这对施工提出了一些要求，焊接工作必须做得很好。锚定板式节点的基本原理是通过锚定板来承受钢梁翼缘所传来的强大拉力，而锚定板与梁腹板的竖直掉缝则用来传递剪力。这种节点节约钢材，构造也比较简单，传力明确、施工方便快捷、塑性性能好、承载力高；不足之处在于整体刚度较小。

3.5 钢筋贯通式节点

钢筋贯通式节点，顾名思义，是通过在钢管壁上开孔，使楼盖梁纵筋贯穿钢管柱，形成一种强度较大的节点形式，从而传递弯矩。但在实际的建筑施工过程中，在钢管壁上开孔，容易对柱钢管的受力产生削弱效果，一般需要在开孔处设置加劲助来弥补。这种节点传力明确、施工方便快捷、刚度大、塑性性能好、承载力高；但是钢管内的双层钢筋一定程度上会影响到管内混凝土的浇注，给实际施工带来一些不便，而且节点的工艺性较差。

3.6 钢筋环绕式节点

钢筋环绕式节点利用钢筋环绕在混凝土柱和钢梁的连接处。其基本原理是利用连续钢筋来传递弯矩，利用明暗的牛腿来传递剪力。这种形式的节点构造简单，施工方便，节约钢材，对钢管柱柱身影响较小，缺点是钢筋混凝土梁属于连续梁，梁柱属铰接，梁的弯矩依靠连续钢筋来传递，剪力依靠明暗牛腿来传递，支座反力依靠下面的明（暗）牛腿传递，它会影响楼盖中梁的布置，且该节点刚度小。