型钢混凝土连接设计与构造

型钢混凝土柱设计及构造要求第一部分：框架的梁柱节点第二部分：柱与柱、梁与墙的连接及柱脚设计第三部分：框架节点承载力验算型钢混凝土连接设计与构造第一部分型钢混凝土框架的梁柱节点

1型钢混凝土梁柱节点的研究现状

2型钢接头的基本要求

3节点基本要求：型钢、纵筋

4型钢梁－型钢柱

5钢筋混凝土梁－型钢柱

6钢梁－型钢柱1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究框架梁柱节点是梁和柱的重叠区域，是保证结构承载力和刚度的重要部位。根据结构形式的不同,型钢混凝土梁柱节点的形式主要有三种:

1)钢筋混凝土梁-型钢混凝土柱的连接;

2)型钢混凝土梁-型钢混凝土柱的连接;

3)钢梁-型钢混凝土柱的连接。梁柱连接节点的基本要求：构造简单、传力途径明确，便于钢筋混凝土配筋和混凝土浇注、振捣施工。由于钢筋混凝土的造价较低,我国型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁配合使用的较多,国内对此类节点所做的试验研究也较多。研究的方向集中在梁中纵筋在节点区的锚固连接上。一种意见认为,梁中主筋不应穿过柱型钢翼缘,也不得与柱型钢直接焊接,否则将影响柱的抗弯承载力和节点的受剪承载力。另一种意见则认为,在型钢上开穿筋孔不会影响型钢柱的承载力和节点受剪承载力。1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究节点连接的一种形式为：在柱型钢上设置工字钢牛腿,梁内部分主筋穿过型钢混凝土柱连续配置,部分主筋在柱两侧截断与钢牛腿焊接或搭接。需要注意的问题：。

这种连接方法将使梁端塑性铰外移,因此要求从梁端至牛腿端部以外有一段箍筋加密区在牛腿末端位置处,由于截面承载力和刚度突变,很容易发生混凝土挤压破坏,故钢牛腿的翼缘常设计为变截面翼缘,构造较为复杂。1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究节点连接的另一种形式为：1）对柱内配十字形型钢的梁柱节点,节点构造采用梁内部分纵筋穿过柱翼缘,部分纵筋焊接在短牛腿上,但在柱型钢翼缘开孔处,用加强钢板进行补强。2）对柱内配箱形或圆管形等封闭式型钢的梁柱节点,节点构造采用在梁的上、下纵筋与型钢相交处开设小的圆形或半圆形穿筋孔,梁筋从孔中穿过。1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究我国对型钢混凝土梁或钢梁与型钢混凝土柱的连接的节点构造研究较少，特别是对内配箱形或圆管形等封闭式型钢的柱与型钢梁的连接节点。目前给出的十字形节点型钢连接形式基本上是参考了国外的节点型钢连接形式,柱内型钢大都采用贯通型,在对应于型钢梁的上下翼缘处,设置水平或垂直加劲肋。1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究1、型钢混凝土框架的梁柱节点研究节点型钢贯通形式：柱型钢贯通，梁型钢贯通柱贯通形梁贯通形2、型钢的接头（1）接头的位置：型钢混凝土柱、梁内的型钢接头，应尽量选择杆件内力较小的截面位置。梁、柱内型钢接头的位置，应该与纵向钢筋接头错开。型钢接头的细部构造应力求简单，并应避开梁、柱内纵向钢筋和箍筋的密集区，以免影响该部位混凝土浇注的密室性。（2）型钢变截面接头型钢混凝土柱内的型钢芯柱需要改变截面面积时候，宜保持型钢的截面高度不变，而改变型钢的翼缘的宽度、厚度和腹板的厚度。2、型钢的接头（2）型钢变截面接头若需要改变型钢芯柱的截面高度时，宜采用逐步减少腹板截面高度的过渡段，并在变截面段的上端和下端设置水平加劲肋。当变截面过渡段位于梁－柱节点处，变截面段的上、下端，距离梁内型钢顶面和底面不宜小于150mm。（3）接头承载力最低值梁、柱内型钢的接头采用螺栓连接时，由于螺栓孔使型钢截面面积减小，需要对接头进行承载力验算，使它不小于该截面处型钢所承担的内力设计值，并要求在构件产生相当大的塑性变形前，接头不发生破坏。接头承载力应不小于型钢母材承载力的一半。柱内变截面型钢接头边柱中柱2、型钢的接头（4）接头处内力设计值型钢混凝土梁、柱内的型钢接头采用螺栓拼接方式时，接头的内力设计值（需考虑不同抗震设防情况）：3、框架的梁－柱节点：型钢构造要求节点类型型钢混凝土框架的梁－柱节点，分三类钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的连接。型钢混凝土梁和型钢混凝土柱的连接；钢梁与型钢混凝土柱的连接；节点构造：梁、柱内的型钢型钢混凝土柱和各类梁的连接，均宜采用柱型钢贯通型，柱内型钢芯柱截面形状的选择，应方便梁纵向钢筋贯穿节点区。避免梁纵筋穿过柱内型钢芯柱的翼缘，并尽可能减少梁纵筋穿过型钢腹板的数量。梁内型钢（包括钢梁形式）与柱内型钢在节点内应当采用刚性连接。节点构造：梁、柱内的型钢节点内梁、柱型钢的连接构造应符合钢结构节点连接的构造要求。3、框架的梁－柱节点：型钢构造要求节点构造：梁、柱内的型钢节点处，柱的型钢芯柱应在对应于梁型钢（或钢梁）上、下翼缘位置或者钢筋混凝土梁截面上、下边缘位置处设置水平加劲肋。加劲肋板厚度应于梁端型钢翼缘相等且不小于12mm。水平加劲肋的构造应方便混凝土的浇注。为了避免浇注混凝土时水平加劲肋的角部因空气不易排出而出现空洞，有必要在该部位设置排气孔。当柱内型钢采用圆形或方形钢管时，节点处水平加劲板的中心部位，应设置混凝土浇灌孔。3、框架的梁－柱节点：型钢构造要求梁－柱节点处的混凝土空洞：十字形钢芯柱3、框架的梁－柱节点：型钢构造要求梁－柱节点处的混凝土空洞：方形钢芯柱3、框架的梁－柱节点：型钢构造要求节点构造：纵向钢筋和箍筋节点设计应尽量减少框架梁纵向钢筋穿过柱内型钢的数量。梁的纵向钢筋不应穿过柱的型钢翼缘，也不得与柱内型钢直接焊接。若节点设计无法避免在柱内型钢翼缘上钻孔时，必须将型钢翼缘截面的缺损率控制在10％限度内，且应按柱端最不利组合的M,N验算有孔截面的承载力。柱的型钢腹板上为了梁纵筋通过设置贯穿孔时，其截面缺损率宜小于型钢腹板截面面积的25％，超过后应补强。柱内型钢腹板上预留的钢筋贯穿孔的孔径，应比钢筋直径大4～6mm。此外，为纵梁、横梁钢筋预留的孔洞在高度上应该相互错开。3、框架的梁－柱节点：纵筋和箍筋柱内型钢腹板的梁纵筋预留孔3、框架的梁－柱节点：纵筋和箍筋节点构造：纵向钢筋和箍筋四边有梁约束的型钢混凝土框架节点，其受剪承载力和变形能力均优于钢筋混凝土梁框架节点，因此，节点体积配箍率的最低限制可以相应减小。对于框架等级为一、二、三级的框架，其梁-柱节点的体积配率宜分别不小于0.6%,0.5%,0.4%。任何情况下节点内的箍筋间距不应大于柱端加密区箍筋间距的1.5倍。3、框架的梁－柱节点：纵筋和箍筋4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱节点对于“型钢混凝土梁－型钢混凝土柱”的框架节点，梁内型钢和柱内型钢的连接方式：（1）焊接—梁内型钢翼缘与柱内型钢翼缘采用全融透焊缝连接，梁的型钢腹板与焊于柱型钢翼缘上的竖板之间采用摩擦型高螺栓连接。（2）栓接－在工厂制作时，采用全焊缝连接将一小段钢梁（悬臂梁段）焊于柱的型钢上。在施工现场，采用高强螺栓将梁内的型钢与悬臂段相连接。其特点是，不需要在工地现场进行焊接，避免了工地焊接可能引起的焊缝品质不稳定的问题。焊接栓接梁内型钢与柱内型钢连接方式4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱节点4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱节点4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱节点4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱对于的框架节点的其他连接要求：梁内和柱内的纵向钢筋均应连续通过节点区；柱内型钢在梁内型钢上、下翼缘高度处设置的水平加劲肋，其厚度应当与梁端型钢翼缘等厚。为确保梁纵筋的握裹力和浇注混凝土的密实，梁纵筋与平行方向型钢翼缘的净距S不应该小于30mm，且不小于混凝土粗骨料最大粒径的1.5倍。4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱对于“型钢混凝土梁－型钢混凝土柱”的框架节点的其他连接要求：箍筋设置：采用四支L形箍筋组合而成，相互搭接处焊缝的长度不小于10倍箍筋直径。当钢梁的腹板采用高强螺栓与型钢芯柱连接时，应注意钢梁腹板上的螺栓孔与柱箍筋穿过孔不要过于靠近，以免产生钢梁腹板撕裂现象。梁纵筋与平行型钢翼缘的净距型钢混凝土梁的钢腹板预留孔之间的裂缝在跨度较大的框架结构中，当采用型钢混凝土梁和钢筋混凝土柱时，梁内型钢应深入柱内，且应根据梁端受力状态采用可靠的支撑和锚固措施，以确保型钢混凝土梁的端部内力合理地传到柱内。条件许可时，宜在框架节点内设置一段型钢芯柱，用以与梁内型钢连接。4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱:其他连接4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱:其他连接4、型钢混凝土梁－型钢混凝土柱柱的型钢为十字型截面时，梁内型钢与柱内型钢的连接有以下方式：水平加劲肋三角型水平加劲肋竖向加劲肋梁翼缘贯通式柱内型钢采用方形或者圆形钢管时，梁内型钢与柱内型钢的连接可采用：外隔板内隔板加劲环贯通式隔板5、钢筋混凝土梁－型钢混凝土柱钢筋混凝土梁－型钢混凝土柱的连接方式，有梁筋贯通，梁筋与短钢梁搭接和梁筋焊于牛腿上几种形式，宜优先采用前一种连接方式。第二部分柱与柱、梁与墙连接及柱脚设计

1过渡层设置

2钢筋混凝土柱过渡层

3钢柱过渡层

4梁与墙连接

5柱脚设计1、柱和柱的连接地震灾害调查表明，由于结构下部的型钢混凝土柱直接转变为结构上部的钢柱或钢筋混凝土柱的楼层，由于材料和刚度的突变，结构往往产生较严重的破坏。因此，对于此类混合结构应该设置。过渡层－－由型钢混凝土柱转变为钢筋混凝土柱（或钢柱）的第一层。钢筋混凝土柱的过渡层钢柱的过渡层2、钢筋混凝土柱的过渡层1）下部型钢混凝土柱中的型钢应向上延伸一层或者两层。过渡层中的型钢截面尺寸可根据梁的具体配筋情况适当变化，纵向钢筋配置应按照钢筋混凝土柱计算，且箍筋沿柱全高加密。2）结果过渡层内的型钢上应设置栓钉，栓钉直径和纵横向间距有限制。3、钢柱的过渡层1）过渡层柱按钢结构设计，需设置外包混凝土层但不考虑其承载力贡献。2）结构过渡层及过渡层以下两倍柱型钢截面高度的范围内应设置栓钉。3）在十字型柱与箱型柱连接处，十字型柱腹板应深入箱型柱内，其伸入长度不宜小于柱型钢截面的高度。4、梁与墙连接刚接：在型钢混凝土结构中，钢梁或型钢混凝土梁内型钢与型钢混凝土墙内型钢暗柱的连接，宜采用刚接。此时，型钢混凝土梁内纵向钢筋深入墙内的长度，应满足受拉钢筋的锚固要求。若需要将型钢混凝土梁与剪力墙做成刚接时，应在剪力墙响应位置设置型钢暗柱后设置刚接连接。4、梁与墙连接铰接：5、柱脚设计柱脚有非埋入式和埋入式两种。非埋入式柱脚依靠地脚螺栓和底板把型钢的内力传给基础。埋入式柱脚主要依靠型钢与混凝土之间的侧压力传递型钢柱中的内力。型钢混凝土柱的柱脚宜采用埋入式柱脚。第三部分节点核心区承载力验算

1节点核心区受力性能及影响因素

2节点承载力计算1、节点核心区的受力性能及影响因素型钢混凝土梁柱节点在低周反复荷载下有较好的刚度和延性,可提高节点的抗裂度和抗剪承载力,增加结构的耗能能力,防止节点脆性破坏。 1)抗剪承载力:型钢混凝土梁柱节点内含型钢,型钢腹板参与工作,增加了一个重要的抗力因素,加之翼缘框对核心区混凝土的约束作用,使节点抗裂度和极限承载力都高于普通混凝土梁柱节点。影响因素主要有型钢腹板和翼缘截面面积(型钢含钢率)、节点区箍筋的配箍率、混凝土的强度等级、轴压比、型钢的形式即节点核心区混凝土所受约束程度等。1、节点核心区的受力性能及影响因素 2)延性和耗能性能:节点荷载(F)-位移(Δ)滞回曲线表明,无论是延性还是耗能能力,型钢混凝土节点都优于钢筋混凝土节点。钢筋混凝土节点在承载能力达到极限后便急剧下降,滞回环呈“捏缩”现象,位移延性系数仅为2.0左右;型钢混凝土节点由于型钢的塑化作用,达到极限荷载后承载力下降速度缓慢,滞回环很丰满,位移延性系数均大于4.0,具有良好的延性和耗能能力。影响因素主要有型钢的含钢率和形式、配箍率和轴压比等。1、节点核心区的受力性能及影响因素 3)核心区的剪切变形及刚度退化:试验表明,按《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)配有最小配箍量的型钢混凝土节点,其剪切变形比同条件的普通混凝土节点要小,而且型钢混凝土节点的刚度退化缓慢。影响因素主要是核心区的约束程度和梁筋在节点内的锚固状况。2、节点承载力计算：剪力设计值2、节点承载力计算：水平受剪截面限制条件2、节点承载力计算：受剪承载力2、节点承载力计算：受剪承载力(1)水平加劲肋型钢节点中最常用的一种连接方式；优点是应力传递平顺合理；缺点是水平加劲肋妨碍混凝土的浇灌。(2)三角形水平加劲肋三角形水平加劲肋改善了水平加劲肋混凝土的浇注条件缺点是应力传递效果差。而且三角形加劲肋使柱型钢腹板型钢产生了比较大的应力集中，需要进行强度验算。(3)竖向加劲肋竖向加劲肋的优点是改善了混凝土的浇灌条件缺点是应力传递不直接，梁翼缘应力要通过柱翼缘和竖向加劲肋进行二次传递。(4)梁翼缘贯通式梁翼缘贯通式的做法是将上层和下层的型钢翼缘切断后，焊接到贯通的梁的翼缘上。优点是传力性能良好，缺点是混凝土浇注困难。(1)外隔板在梁内型钢的上、下翼缘位置，焊接加宽的水平外隔板，方钢管内部无连接件，因而管内混凝土浇注方便，管外混凝土的浇注混凝土则比较困难，设计许可时，最好在水平