结合实例论梁柱钢筋节点设计方法

结合实例论梁柱钢筋节点设计方法

摘 要：本文结合具体工程实例，主要对型钢混凝土组合结构梁柱节点的深化设计方法进行了探讨，可为类似工程提供参考。

关键词：框架剪力墙结构；节点设计；深化设计；

1 深化设计概况

某大厦的结构形式为框架剪力墙结构，地上15层，地下2层，总建筑面积为44500m2。 其中部分梁、柱为型钢混凝土组合结构，型钢混凝土柱典型截面为800mm×800mm， 翼缘板外侧沿柱身全高布置Ø19，L=80 mm抗剪力栓钉， 型钢混凝土梁典型截面为500 mm×550 mm。 在型钢混凝土组合结构的梁柱节点部位，由于梁、柱型钢的截面尺寸大，且钢筋粗、数量多，造成梁柱节点的情况异常复杂。 因此需对每个型钢混凝土梁柱节点进行深化设计， 以此作为现场施工的依据。

型钢混凝土组合结构深化设计的任务是根据梁、柱型钢的截面尺寸和位置， 适当调整梁、 柱钢筋的位置，并设计梁、柱钢筋穿过型钢或与型钢连接的构造措施，使现场梁、柱的型钢、钢筋实际完成情况满足图纸和规范要求。

本工程共完成113张深化设计图，其中包括钢筋调整图、型钢加工图、钢筋与型钢连接详图等。 合理地解决了型钢混凝土组合结构的施工难点， 为工程顺利进行提供了技术保证。

2 梁钢筋深化设计

型钢混凝土梁钢筋的深化设计是此次深化设计内容中的重点和难点， 需解决梁的上下排钢筋在遇到柱型钢时如何穿过或如何连接的问题。按照原设计图，在梁柱节点， 型钢混凝土梁的上下排钢筋由两侧至中间分别与型钢混凝土柱的钢筋、 柱型钢腹板和柱型钢翼缘板相交叉。设计中采用三种方法解决此问题，即绕过柱型钢、 穿过柱型钢腹板以及与柱型钢翼缘板焊接连接（图1）。

图1型钢混凝土梁柱节点钢筋示意图

2.1 梁主筋绕过柱钢筋和型钢

梁上下排钢筋的最外两侧钢筋可弯折后从外侧绕过柱型钢。 本工程型钢混凝土梁宽500mm，型钢混凝土柱的型钢截面尺寸为450mm×450mm，因此梁上下排钢筋的最外两侧主筋能直接绕过柱型钢，相邻第2根梁主筋按照最大1∶6的弯度弯折后也同样能绕过柱型钢。

2.2 梁主筋穿过柱型钢的腹板

解决梁上下排钢筋的最外两侧钢筋绕过柱型钢之后， 其内侧紧临的左右两根钢筋可采用穿过柱型钢腹板的方式。 依据设计要求，钢筋在遇到型钢构件时，翼缘板不能打孔，但腹板可以。 梁主筋直径为22~25mm，依据工程实际经验， 需在柱型钢腹板上开一个直径50mm的孔才能使梁主筋顺利穿过。 柱型钢在两个方向的翼缘板之间有80~100 mm的空隙， 因此可穿过一根钢筋。

尽管柱型钢腹板不是主要受力构件， 但对于保持柱型钢的整体刚度和稳定性也起着重要作用， 因此在柱型钢腹板上开孔采取以下两个措施：（1）腹板开孔不能采用现场火焰开孔， 必须在构件加工厂采用机械式开孔；（2）开孔后在腹板两侧要加焊补强板。

2.3 梁主筋与柱型钢翼缘板焊接连接

型钢混凝土梁上下排钢筋的中间2~4根钢筋既不能绕过柱型钢，也没有足够空间穿过柱型钢腹板，只能与柱型钢翼缘板焊接连接。依据设计要求，钢筋不能直接与型钢翼缘板焊接， 因此梁上排钢筋采取与柱型钢附加连接钢板焊接的方法， 梁下排钢筋采取钢筋连接器的方法。

型钢混凝土梁上排钢筋与柱型钢翼缘板连接，采取在柱型钢上增加连接钢板， 钢筋焊接在连接钢板上的方法。 柱型钢上的附加连接钢板采用30 mm厚同材质钢板，宽度与柱型钢翼缘板相同，长度取值考虑两方面因素： 一是满足梁上排钢筋在连接钢板上的焊接长度，钢筋与连接钢板采用双面焊形式，焊接长度不小于5d（d为钢筋直径）；二是满足梁上排钢筋端部与柱型钢翼缘板之间的间距能够让另一方向绕柱型钢的梁钢筋通过。为了保证连接钢板与柱型钢翼缘板的连接质量，连接钢板均在构件加工厂与柱型钢翼缘板焊接（图2）。

图2型钢混凝土梁上排钢筋与连接钢板焊接示意图

型钢混凝土梁下排钢筋与柱型钢翼缘板连接，无法在柱型钢上增加连接钢板， 钢筋焊接在连接钢板上的方法。 这是因为型钢混凝土梁高度为550 mm，其内包裹的型钢骨架高度为300 mm， 梁型钢上下各有125mm的高度用于处理梁上下排钢筋与柱型钢翼缘板的连接。 若采取连接钢板的方法， 连接钢板厚度为30mm， 连接钢板与梁型钢下翼缘板之间只有95 mm的空间，无法满足梁下排钢筋与连接钢板的焊接要求。如果将梁下排钢筋焊接在连接钢板的下面， 则要采取仰焊的施工工艺，不利因素多，焊接质量无法保证。

为解决型钢混凝土梁下排钢筋与柱型钢翼缘板连接的难题， 本工程采取梁端部用钢筋连接器将钢筋与柱型钢翼缘板连接， 梁中部钢筋用套筒冷挤压连接的方法。

型钢混凝土梁下排钢筋与柱型钢翼缘板连接，首先应解决的问题是选择钢筋连接器。 项目部技术人员经多方了解发现， 钢筋连接器的原理与常用的钢筋剥肋滚压直螺纹连接原理基本一致， 因此可将直螺纹套筒当作钢筋连接器与柱型钢翼缘板焊接。 为了证明直螺纹套筒与柱型钢具有可焊性，经与设计、监理协商，现场制作三个试件进行工艺检测， 实验结果显示直螺纹套筒与型钢焊接处的强度大于钢筋强度， 证明以直螺纹套筒作为钢筋连接器是可行的。在实际施工时，钢筋连接器在构件加工厂与柱型钢翼缘板焊接， 梁下排钢筋套丝后在现场直接拧入钢筋连接器即可实现钢筋与柱型钢翼缘板的连接。

选定钢筋连接器后， 随之而来的问题是梁中部下排钢筋如何连接。 因为钢筋连接器的施工工艺决定了梁下排钢筋应先在两端与钢筋连接器拧紧， 然后钢筋再在梁中部连接， 而此时已无法采取剥肋滚压直螺纹连接方式。 经反复研究， 决定选择套筒冷挤压连接方式。 这是因为钢筋连接主要有绑扎搭接、焊接连接、机械连接等方式，而绑扎搭接不适用于较粗的钢筋，焊接连接用于此部位施工时存在没有操作空间、 施工速度慢、质量不易保证的缺点，机械连接中剥肋滚压直螺纹连接方式已被排除， 只有套筒冷挤压连接方式满足施工要求。 在现场施工时， 先将套筒完全套在一侧钢筋上，再将两根钢筋分别拧入两端的钢筋连接器中，然后将钢筋接头对好， 将套筒调整到合适位置即可实施冷挤压。型钢混凝土梁下排钢筋在梁两端与柱型钢翼缘板连接以及在梁中部用套筒冷挤压连接如图3所示。

图3型钢混凝土梁下排钢筋两端及中部连接示意图

3 柱钢筋深化设计

3．1 柱主筋深化设计

型钢混凝土柱中间的主筋按照原设计图纸进行施工时应在梁型钢的翼缘板上打孔穿过，而梁型钢的翼缘板是主要受力构件，不得打孔减少受力面积，因此需调整柱主筋位置，同时还要避开梁的主筋。因为梁型钢翼缘板的宽度相对于柱宽度小很多， 所以将原设计中穿过梁型钢的柱主筋移向两侧，避开梁型钢，然后调整柱箍筋尺寸，使之与柱主筋相适应，并在上下层梁型钢之间增加一根直径18 mm的架立筋， 以保证柱箍筋的绑扎质量。

3.2 柱箍筋深化设计

型钢混凝土柱箍筋深化设计的第一步是依据深化设计后的柱主筋位置和柱

型钢翼缘板外侧的栓钉来调整柱箍筋的尺寸。 依据柱型钢翼缘板外侧的栓钉调整柱箍筋的尺寸是因为型钢混凝土柱在同一截面上使用四种不同形式的箍筋， 其中内部两个矩形箍筋紧贴柱型钢翼缘板外侧，而柱型钢翼缘板外侧满布栓钉，矩形箍筋如果按照设计图进行加工则无法安装， 因此应当调整矩形箍筋的肢距，使箍筋能够顺利安装。

柱箍筋深化设计的第二步是解决柱箍筋穿过梁型钢腹板和连接托座的问题。 型钢混凝土柱的箍筋在原设计图中为封闭箍筋，但在梁柱节点部位，柱箍筋要穿过梁型钢和连接托座，封闭箍筋无法安装。 因此为满足柱箍筋的安装要求，需在梁型钢和连接托座的腹板上开孔使柱箍筋穿过，而且要将封闭箍筋改为两个U形箍筋，柱箍筋安装后在搭接位置焊接10d（d＝箍筋直径）以满足搭接要求（图4）。

图4梁型钢腹板和连接托座预留箍筋孔示意图

4 结语

本文是以某大厦工程为实例，详细介绍了型钢混凝土组合结构梁柱节点的深化设计方法，包括梁钢筋在遇到柱型钢时的三种解决方法， 即绕过柱型钢、穿过柱型钢腹板和与柱型钢翼缘板焊接连接，以及柱的主筋和箍筋在遇到梁型钢时的解决方法。本工程的深化设计内容详尽、科学合理，具有较强的指导性和可操作性， 为型钢混凝土组合结构的顺利实施提供了技术保证，并为今后的类似工程提供了宝贵的实践经验。

参考文献

［1］JGJ 138-2001，型钢混凝土组合结构技术规程［S］.北京 ：中国建筑工业出版社，2002.

［2］薛建阳 ，赵鸿铁 ，杨勇. 型钢混凝土节点抗震性能及构造方法[J].世界地质工程，2002，18（2）：61－64.

［3］胡轶敏 ，尉彤华 ，徐少华 ，等. 型钢混凝土梁柱刚性节点构造 ［J］.浙江建筑，2007，24（7）：27－30.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。