某热身馆型钢混凝土组合结构深化设计研究与应用

某热身馆型钢混凝土组合结构深化设计研究与应用

杨鑫

陕西建工机械施工集团有限公司  陕西西安  710032

摘要：结合某热身馆型钢混凝土组合结构，在钢结构深化设计阶段，对型钢、混凝土、钢筋三维建模，真实反映钢筋与钢骨之间的位置关系，优化钢筋排布，提出合理的连接节点，降低现场施工难度，提高施工效率，使钢筋与钢结构连接质量得到有效保证。

关键词：型钢混凝土；组合结构；深化设计；连接节点

中图分类号：TU74文献标识码：A        文章编号：

型钢混凝土组合结构与传统的钢筋混凝土结构相比，具有承载能力强、抗侧刚度大、抗震性能好等优点；相较纯钢结构又有良好的防火防腐性能及优良的结构整体稳定性，在相同受力性能下，用钢量也相对较低[1-2]，充分发挥了钢筋混凝土与钢结构的性能优势，实现了“1+1>2”的效果，因此型钢混凝土组合结构得到了广泛应用。[ ]由于在钢筋混凝土构件中增加型钢骨架后，使得在梁柱节点位置，钢筋与型钢碰撞，节点构造复杂。如何有效解决混凝土梁、柱钢筋与型钢的可靠连接，并保证传力可靠，一直以来都是施工中的难题，也是影响工程质量的关键。相关学者及技术人员结合实际工程，对这类问题进行了研究，并提出了一些可行性建议[3-5]。

1 型钢混凝土结构钢筋连接节点现状分析

在型钢混凝土结构中，梁柱节点位置的钢筋连接一直是工程中的难点，在节点位置，钢筋纵横交错，位置关系复杂，钢筋与钢骨连接的可靠性是决定施工质量的关键。下面就几种工程中常用的连接方式及注意事项展开论述。

1.1翼缘套筒连接式

混凝土梁纵筋与型钢柱翼缘采用可焊接套筒连接在实际项目中较为常见，现行规范要求设置在型钢柱翼缘的套筒水平方向净间距不宜小于30mm和套筒外径的较大值。可焊接套筒的外径比常规直螺纹机械连接套筒的外径要稍大，设计院进行配筋计算时，并没有按照套筒需要的间距进行钢筋排布，套筒布设还需考虑梁箍筋的排布及避让柱纵筋，导致套筒净距往往超规范要求；另外套筒与钢骨柱翼缘需在工厂焊接，相当于将梁纵筋精确定位。多种条件的限制，导致现场极易出现套筒位置偏差，往往需要对预先设置在柱翼缘的套筒进行拆改，影响现场施工进度；对于梁与柱斜交或圆形钢柱，套筒连接也不宜实现。

1.2钢筋穿孔贯通式

现行规范规定钢骨柱只能腹板开孔，因此钢筋需绕开型钢翼缘在腹板穿孔贯通，钢筋弯绕还需满足弯折斜率≤1:6。遇到配筋较多且直径较大的情况，钢筋很难在满足弯折斜率的前提下贯通钢骨柱腹板；其次腹板开孔还会削弱钢骨柱截面，开孔率超过25%时，需对钢骨柱腹板进行补强；另外当梁钢筋与钢柱斜交时，钢筋很难穿孔贯通腹板。

1.3钢牛腿焊接连接式

对于混凝土梁受压、受拉区只布置一层纵筋的情况，采用预设钢牛腿，梁纵筋与牛腿翼缘焊接连接的方式，无疑是相对可靠且便捷的连接方式，现场可操作性较强。但是当遇到两层钢筋时，现场往往将钢筋与上下翼缘分别焊接，有一层钢筋需与牛腿翼缘仰焊，仰焊质量现场难以控制。

2 工程概况

热身馆结构平面为椭圆形，长轴方向约为72m，短轴方向约60m，地下为游泳馆，采用型钢混凝土组合结构；地上为篮球训练，屋盖采用四角锥网架结构，支撑于18组V型柱上，V型柱在±0.000m交于圆形钢骨混凝土柱顶。为满足游泳馆大空间的使用功能及上部篮球训练的舒适度要求，地下室顶板梁为大跨型钢混凝土梁，型钢最大截面为H2100*400*25*36焊接H型钢，最大跨度约为40m，项目三维视图见图1。

图1 项目三维视图

3 型钢混凝土组合结构深化

3.1 圆形钢骨柱栓钉深化

规范规定栓钉的水平和竖向间距不宜大于200mm，对于圆形钢骨柱，结构设计图纸中一般不会给出柱周布设栓钉的列数，需要深化设计人员放样确定。对于圆形钢骨柱栓钉布置，栓钉间距可根据圆心角与弧长的关系，根据式（1）确定栓钉角度，由式（2）确定柱周布设的栓钉列数。

（1）

（2）

式中：α为圆心角，角度制；r为圆管柱半径；n为柱周布置栓钉的列数，本项目钢骨柱截面为φ900*25，根据式（1）得出栓钉角度α≤25.5°，取每列栓钉的圆心角α=24°，依据式（2）得到柱周布置15列栓钉，可满足规范对栓钉间距的构造要求，栓钉布置见图2所示。

图2 圆形钢骨柱栓钉布置

3.2 型钢混凝土梁拉结筋节点深化

游泳馆顶板布置有大跨型钢混凝土梁，钢骨截面大，梁拉、压区纵筋配筋数量多，沿梁高还配置一定数量的腰筋。根据设计图纸，腰筋拉结筋需穿钢骨梁腹板，见图3a所示。若按设计图纸节点做法，现场施工难度加大，施工效率低，且绑扎质量难以保证。

为降低现场施工难度，提高施工效率，本文提出了一种拉结筋的连接节点，如图3b所示。在腰筋同一高度位置，沿钢骨梁腹板两侧增加附加构造钢筋，并在腹板焊接栓钉，构造钢筋与栓钉点焊固定。综合比较，此连接方式具有如下优点：1）钢骨梁腹板不用开孔，方便加工；2）现场拉结筋施工不用受梁腹板开孔间距和孔径的制约

，施工更加方便和灵活；3）附加构造钢筋与栓钉点焊固定，提高了附加构造钢筋的刚度，绑扎效率更高，连接更为可靠；4）增加的附加构造钢筋可在工厂与栓钉提前焊接，减少现场施工工作量；5）钢骨梁腹板增加的栓钉可有效增强混凝土与钢骨梁的粘结力，提高协同受力的效果。

a 优化前           b 优化后

图3 拉结筋与钢骨梁连接节点

3.3 主、次型钢梁连接处钢筋节点深化

在主、次钢骨梁连接位置，梁梁连接板打断了腰筋，使得腰筋无法贯通。经与设计院沟通，将主梁腰筋在连接板位置断开，两侧腰筋分别伸至连接板位置处，指向钢骨梁腹板弯锚15d，次梁底筋遇主梁腹板开孔贯通，见图4所示。

图4 主、次型钢梁梁连接处钢筋节点

3.4 型钢混凝土梁、柱连接节点深化

3.4.1 混凝土梁钢筋与钢骨柱连接节点深化

游泳馆周围布置有18根圆形钢骨混凝土柱，柱顶支撑上部V型结构柱，柱周连接型钢混凝土梁与多根钢筋混凝土梁，节点区钢筋交错纵横，连接构造复杂。为解决混凝土梁钢筋与钢骨柱的连接问题，经与设计院和施工现场沟通，在柱壁预焊连接板，钢筋与连接板双面焊接，见图5a所示。与连接板对应位置，柱内设加劲板，确保传力连续，劲板预留灌浆孔及透气孔。为满足钢筋焊缝长度的构造要求，连接板长为5d+20mm，d为钢筋直径。

对于两层配筋的情况，布设阶梯型连接板，较长连接板的长度为较短连接板的2倍，柱内劲板调至两层连接板中间，以不影响混凝土浇筑密实度。梁底钢筋连接板外伸过长，为不影响梁端箍筋绑扎，将梁底连接板适当上抬，钢筋在端部弯折再与连接板焊接，见图5b所示。当连接板与柱纵筋碰撞时，在板上预留钢筋孔，以便柱纵筋贯通。尽管采用钢筋与连接板焊接连接的方式会增加现场的焊接工作量，但此方式可适应不同角度混凝土梁钢筋的连接，现场钢筋施工更加灵活方便，且对现场施工精度要求较低，有利于消化施工误差。

a 单层钢筋          b 双层钢筋

图5 混凝土梁钢筋与钢骨柱连接节点

3.4.1 柱钢筋与钢骨梁连接节点深化

在节点区，柱纵筋会与钢骨梁翼缘碰撞，深化时，在钢骨梁翼缘顶、底分别设置套筒用于连接柱纵筋，套筒对应位置钢骨梁内增设加劲肋，确保传力不中断。柱内配箍均为复合箍，包含环形大箍、内封闭矩形箍和拉结箍，见图6a所示。经与设计单位、土建单位共同商定，确定箍筋与钢骨梁腹板的连接采用如下做法：1）外环形箍与柱纵筋所对应的梁内加劲肋焊接；2）柱内封闭矩形箍加工成一个半封闭矩形和一根直线段，直线段穿钢骨梁腹板，再与半封闭矩形箍进行焊接连接，经计算，腹板截面损失率小于25%，可不进行腹板补强；3）拉结箍避开钢骨梁腹板绑扎，见图6b及6c所示。

a                     b                   c

图6 柱钢筋与钢骨梁连接节点深化

4 结语

钢结构深化设计是联系设计、加工制作及现场安装的纽带，尤其在型钢混凝土组合结构中，钢筋与钢骨穿插交错，加大了施工难度，必须对钢筋与钢骨的连接节点进行深化设计，确定可靠合理的连接方式，从而保证型钢混凝土组合结构的施工质量。本文结合某热身馆项目，针对本项目钢筋与钢骨的连接问题，通过对型钢混凝土组合结构进行深化设计，提出合理有效的连接节点，确保节点连接可靠，显著降低现场施工难度，提高施工效率，为同类工程的深化设计和施工提供借鉴和参考。

参考文献

[1]郝海燕,刘晓晓. 型钢混凝土组合结构与钢筋混凝土结构抗震性能对比[J].低温建筑技术,2018,40(2):80-84.

[2]樊健生,丁然,聂鑫,等. 高性能双钢板混凝土结构研究与应用[J].建筑结构学报,2022,43(9):55-72.

[3]刘东海,张衡,聂博仪. 型钢-混凝土组合梁柱节点施工技术[J].建筑施工,2021, 43(3):388-390.

[4]柴文静,张新爱,孙超. 型钢混凝土组合结构施工技术及应力分析[J].钢结构,2017, 32 (4):100-104.

[5]哈敏强.新型配箍形式在型钢混凝土柱中的应用研究[J].建筑结构,2020,50(2):90-95.

[ ]作者简介：杨鑫（1990- ），男，硕士研究生，工程师，主要从事钢结构设计技术研究。

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