第４１卷第２１期 ・２６・ ２ ０ １ ５年７月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．２１ Ｊｕ１． ２０１５ 文章编号：１００９—６８２５（２０１５）２１－００２６—０２ 钢梁与混凝土梁连接节点设计探讨 黄摘帆 ２００２３３） （巴斯夫（中国）有限公司，上海要：对钢结构梁与混凝土主梁连接节点的不同做法进行了受力分析，总结了不同做法的性能特点，通过对承载力进行验算，给 出了较大荷载情况下钢梁与混凝土主梁连接的合理做法。 关键词：钢结构梁，混凝土主梁，连接节点 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ ０ 引言 随着建设发展，工程中钢与混凝土混合使用的结构越来越 多，工业项目中经常需要用到钢梁与混凝土主梁连接。这种连接 节点，现有标准及规范未给出明确描述及具体要求，一般都是依 据个人经验设计。本文对于钢梁与混凝土主梁的连接节点的两 ２０１０混凝土结构设计规范９．７．２条公式： Ｖ 。１ ３ａｒａａｆｒｚ≤Ａ Ｖｅ（１） （２） ， ． 经计算，并按１１．１．９条考虑抗震，该预埋件最大的抗剪承载 种不同做法的承载能力和特点，进行了分析和比较，并给出了可 力设计值为３４０ ｋＮ。 靠做法。 连接件采用８．８级ｄ２０的Ｑ２３５普通螺栓与钢梁螺栓单剪与 １ 钢梁与混凝土主梁连接的一般做法 １．１ 做法简介 节点如图１所示。 安装螺栓直径不宜 小于２０ ｍｍ，长圆 焊接混合连接，不考虑焊接部分，假定由螺栓承担全部剪力，根据 ＧＢ ５００１７－－２００３钢结构设计规范７．２．１条计算单个螺栓承载力 ￣ｒｄ２ ｂ ＝ ００．５ ｋＮ。螺栓承载力公式如下： 按照现有标准图集一般做法，钢梁与钢筋混凝土主梁的连接 设计值１（３） ＝ｄ∑ｔ・ （４） 最大剪力设计值为３４０ ｋＮ时共需连接螺栓４个，分布在腹板 上，钢梁高度需要４５０以上，假定钢梁采用ＨＮ４５０×２００×９×１４ 的Ｑ２３５型钢，根据ＧＢ ５００１７－－２００３钢结构设计规范４．１．２条计 算钢梁抗剪承载力设计值为４４７ ｋＮ，公式如下： ｖ＜Ａ・－－６－ Ｕ ，ｚ （５） 图１钢梁与混凝±梁连接的标准图集做法 可见，钢梁本身承载能力远大于预埋件承载力３４０ ｋＮ。另 该种连接节点，钢梁的荷载通过Ｔ型连接件传递到混凝土梁 外，同材质型钢ＨＮ４００×２００×９×１３５梁的抗剪承载力为３５７ ｋＮ， 侧的预埋件上，最后由钢筋混凝土梁承担。该节点的承载能力取 也大于该预埋件抗剪承载力。 决于以下几个最小值：预埋件的承载能力、连接件与钢梁腹板之 １．３分析总结 间的栓焊混合连接承载能力、钢梁本身的承载能力。 综上所述，钢梁与混凝土梁连接的这种节点做法，其承载能 １＿２承载力验算 力主要由预埋板的受剪承载力控制。由于承载能力有限，只适用 按尽可能让预埋件的承载能力达到最大的原则，假设如下， 于高度在４００ ｍｍ以下截面的钢梁与混凝土梁的连接，仅可用于 采用埋板面积７５０×７５０（未注明单位为ｍｍ，以下同），厚度２０， 荷载较小的一般民用建筑楼面中。对于承受重型荷载的工业结 Ｑ３４５级钢，锚筋采用 ２５的ＨＲＢ４００钢筋，４×４排共１６根，预埋 构中较大截面钢梁的连接，这种节点本身的承载能力已经满足不 板所受剪力偏心距ｅ＝１００，混凝土等级Ｃ３５。根据ＧＢ ５ｏ０ｌ０— 了设计要求。 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｐｌａｎ ｏｆ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ ｏｆ ａ ｍｉｄｄｌｅ ｓｃｈｏｏｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ Ｚｈａｏ Ｄｎａｎ （Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａ￣ｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｓｃｈｏｏｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｏｆｆｉｃｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｄａｍｐｅｒ ａｎｄ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｒｅ— ｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｄａｍｐｅｒ ａｎｄ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ ｓｃｈｅｍｅ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｌｓｏ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ｈａｄ ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｓｔｕｃｔｕｒａ１ｒ．ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｃｈｉｆｅｖｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｓｅｉｓ・ ｍｉｃ ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ“Ｎｏ Ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔｒｏｎｇ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ”，ａｎｄ ｈａｄ ｆａｓｔ，ｓａｆｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｄａｍｐｅｒ，ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｒａｃｅ，ｌａｔｅｒａｌ ｆｏｒｃｅ 收稿日期：２０ｌ５—０５—１０ 作者简介：黄帆（１９７９一），男，工程师 第４１卷第２１期 ２ ０ １ ５年７月 黄帆：钢梁与混凝土梁连接节点设计探讨 ・２７・ 这种节点，连接件由安装螺栓和焊接混合受力，需要在现场焊 Ｆｆ≤０．９（ 卢 ＋２０ ， ）ＡＩ （７） 挑耳的抗冲切承载力验算，假定破坏冲切面垂直于沿混凝土 接，施工不方便。 根据ＧＢ ５００１０ ６．５．１，不配箍筋和弯筋情况下的受冲 另外，这种节点做法尤其是栓焊混合连接在地震作用下的破 主梁梁侧，坏机制和可靠性尚不明确，在抗震设防等级较高的情况下也应慎 切承载力为６４３ ｋＮ，远远小于钢梁的荷载１ ０３０ ｋＮ。抗冲切承载 重使用。 力不满足要求，需要按照计算配置箍筋（钢筋②）和弯筋（钢筋 ①）。假定挑耳配ＨＲＢ３３５箍筋 １０＠１００（４），沿挑耳高度范围 ２钢梁与混凝土主梁连接的改进做法与讨论 ２．１ 做法简介 为了避免钢梁与混凝土梁连接中预埋板的承载力不足的缺 点，可以在混凝土梁侧设配筋挑耳，钢梁的荷载直接传递到混凝 在侧面配ＨＲＢ３３５水平弯筋４担２。根据ＧＢ ５００１０ ６．５．３－１， ６．５．３－２，算得配置箍筋和弯筋的挑耳受冲切承载力为１ １０２ ｋＮ， 大于钢梁的荷载，满足承载力要求。公式如下： ≤１．２ｆ，ｒ／／ｚ ｈ０ （８） 土挑耳上，同时钢梁腹板与梁侧预埋件由安装螺栓连接，起到支 撑作用，做法详见图２。 Ｆｆ≤０．５ｆ，＇ ｈ０＋０．墨 Ａ ＋０．连 Ａ， ｓｉｎａ （９） 根据以上局部受压和受冲切承载力计算，可以看出，这种连 接节点的承载能力是由混凝土挑耳的抗冲切承载力控制，结构设 计时可以根据钢梁的截面和荷载条件计算所需要的抗冲切箍筋 和弯筋。通过选用合理的挑耳截面尺寸和配置足够的钢筋，这种 节点可以用于承受楼面荷载较重的大截面钢梁与混凝土主梁的 连接。 ２．３总结建议 综上所述，钢梁与混凝土主梁的挑耳式连接，承载力较大，强 度能够满足设计要求。安装相对简单，施工方便。钢梁与挑耳的 铰接搭接，以及腹板与预埋件的螺栓连接，在地震作用下，也能够 提供足够的延性和耗能能力，具有较好的抗震性能。 根据计算和构造需要，挑耳部位的配筋设置如图３所示。其 中，钢筋①为抗冲切弯筋，钢筋②为抗冲切箍筋，需要计算确定。 钢筋③按构造配置，和钢筋②一起作为局部抗压钢筋网。钢筋④ ｌ—ｌ ２—２ 图２钢梁与混凝土梁的挑耳式连接做法 为附加吊筋，可以把挑耳承受的荷载传递到混凝土主梁的上部， 这种连接做法，荷载是由混凝土主梁梁侧的配筋挑耳承担， 根据受力情况合理配置。 结构设计时要保证挑耳的承载力不小于钢梁本身的承载力，需验 算配筋挑耳的局部受压承载力和受冲切承载力。 。 ２．２承栽力验算 ／’ 、 ，， 考虑楼面荷载较大的情况，假设结构计算钢梁需要用Ｑ３４５ 的钢梁截面为ＨＮ６００ Ｘ２００ Ｚ １１ Ｘ １７，根据式（５），梁本身抗剪承 载力设计值为１ ０３０ ｋＮ。 局部受压截面尺寸复核，挑耳平面形状为梯形，假定尺寸如 下：梯形高３５０，上底宽６００，下底宽１ ３００，挑耳立面高５００。混凝 注－①＼ ／ ②目 ③口 ④ 土等级Ｃ３５。挑耳顶部预埋面积为４００ Ｘ ２５０、厚度为２０的钢板， 图３混凝土挑耳的配筋设置 直接承受钢梁的压力。根据ＧＢ ５００１０－－２０１０混凝土结构设计规 ３ 结语 范６．６．１条，混凝土局部受压面部 ｌｌＩ取钢板面积４００ Ｘ ２５０，局部 对于钢梁和混凝土主梁的连接节点，需要综合考虑连接强 受压计算底面积Ａ 取６００ ｘ３５０，算得挑耳局部受压承载力３ ２７０ ｋＮ， 度、抗震性能、施工等各方面因素，设计出强度满足要求、抗震性 大于钢梁传来的最大荷载，截面尺寸满足要求，公式如下： 能好、施工方便的做法。本文通过承载能力分析和性能总结，提 ≤１．３ ｆｌｆｃＡｔ （６） 出了较为合理的做法，但仍需进一步研究其性能。 挑耳局部受压所需网式配筋计算，承受钢梁的最大荷载 参考文献： １ ０３０ ｋＮ，混凝土挑耳内双向网式配筋，配筋混凝土核心面积为 ［１］ＧＢ ５００１０－－２０１０，混凝土结构设计规范［Ｓ］． ４５０ Ｘ３００，根据ＧＢ ５００１０－－２０１０混凝土结构设计规范６．６．３条， ［２］ＧＢ ５ｏｏ１７—２００３，钢结构设计规范［Ｓ］． 算得所需网式配筋体积配筋率Ｐ 为负值，说明挑耳仅需按构造配 ［３］ 易文新．高层建筑钢结构连接节点的抗震设计［Ｊ］．中外建 置局压网式钢筋（见图３钢筋②和钢筋③），计算公式如下： 筑，２０１３（８）：１２０．１２１． Ｉｎｑｕｉｒｙ ｏｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｊｏｉｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ Ｈｕａｎｇ Ｆａｎ （ＢＡＳＦ（Ｃｈｉｎａ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ， 口 ０ ２￣２３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｊｏｉｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ａｎｄ ｍａｊｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅｉｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｆｉｓ－ ｔｉｃｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｒａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ａｎｄ ｍａｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ ｕｎｄｅｒ ｌａｒｇｅ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ，ｍａｊｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｅａｍ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｊｏｉｎｔ
