摘要：介紹了帶環筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節點的設計建議及施工工藝過程。節點包括暗穿心牛腿、環筋、板放射筋、梁主筋螺紋套筒。本節點傳力直接、強度高、延性好、施工方便，有很好的工程應用前景。

　　關鍵詞：鋼管混凝土柱節點,穿心牛腿,施工工藝

　　鋼管混凝土構件具有優越的力學性能[1-2]，在工程中有廣泛的應用。鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節點設計，直接影響到結構的整體剛度、受力性能和安全性，也影響到施工的難易和工程進度，因而成為鋼管混凝土結構設計中的關鍵環節。本文提出帶環筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節點不帶環梁，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求，而且經過試驗與有限元分析，發現此節點具有傳力直接、強度高、延性好等特點[3-4]，有很好的工程應用前景。

　　0. 節點做法

　　鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節點結構包括暗穿心牛腿、環筋、板放射筋、梁主筋螺紋套筒，如圖1所示。所述暗穿心牛腿穿過鋼管在鋼管內部焊接，與鋼管相交部分亦雙面焊接，環筋焊接在鋼管外側鋼牛腿上，板放射筋端部彎折鉤在環筋上，并伸至板底(圖2)，梁主筋螺紋套筒焊接在鋼牛腿端部與主筋位置重合(圖3)。為了更好地實現本實用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用雙面角焊縫。環筋焊接在鋼管外側20毫米處，鋼牛腿上側。板放射筋端部彎折成90度鉤在環筋上，并用鋼絲綁定，伸至板底。所述梁主筋螺紋套筒全長角焊縫焊接在鋼牛腿上，與主筋位置嚴格平行，螺紋套筒內徑與主筋直徑相同。

　　1.設計建議

　　1.1 工字型鋼牛腿的截面設計

　　鋼牛腿的高度和寬度根據所連接的鋼筋混凝土梁的尺寸來確定，如圖4所示各項參數：

　　1.1.1工字型鋼牛腿的寬度

　　鋼牛腿在鋼管外的部分，其寬度等于鋼筋混凝土梁的寬度減去左右保護層的厚度：

　　——保護層厚度，一般可取25mm。

　　在鋼管內部，由于混凝土的作用，其應力逐漸減小，相應鋼牛腿的寬度也可以減小至一半，以節省材料。如圖5所示。

　　1.1.2 工字型鋼牛腿的高度

　　、 ——鋼板翼緣上焊接的螺紋套筒外直徑。

　　當相連的鋼筋混凝土梁的主筋有兩排時，可在翼緣內部再焊接一排。

　　1.1.3鋼牛腿伸出鋼管的長度

　　根據環筋的焊接位置和螺紋套筒的長度來確定。

　　1.1.4鋼牛腿鋼板厚度的確定

　　根據構件設計承載力、焊縫高度等選擇鋼板的厚度。

　　1.1.4.1 抗彎強度驗算[5]

　　——鋼筋混凝土梁承受的最大彎矩設計值;

　　——截面塑性發展系數;

　　——翼緣對軸心的慣性矩， ——腹板對軸心的慣性矩， ——鋼材的抗彎強度設計值。

　　同時尚應滿足鋼板的受拉承載力大于所連接所有鋼筋的最大承載力[5]：

　　——鋼筋混凝土梁受拉鋼筋的總截面積;

　　——受拉鋼筋的抗拉強度設計值。

　　1.1.4.2 抗剪強度驗算[5]

　　——鋼筋混凝土梁承受的最大剪力設計值;

　　——截面面積矩，此處為鋼牛腿 軸以上截面對中和軸的面積矩， ;

　　——腹板厚度;

　　——鋼材的抗剪強度設計值。

　　1.2 放射筋和環筋的設計

　　放射筋按構造配置，其直徑可與板負筋相同，數量根據鋼管的直徑確定，一般直徑1米的鋼管可布置7根，酌情增減。環筋的選擇根據放射筋的數量確定，基本按構造選取，為了控制裂縫的發展，鋼筋的直徑不宜太大。

　　1.3 焊縫設計

　　1.3.1工字鋼翼緣與腹板連接

　　工字鋼翼緣與腹板連接的焊縫應滿足[5]：

　　式中： ——焊縫高度;

　　——計算位置的剪力;

　　——計算翼緣毛截面對梁中和軸的面積矩;

　　——角焊縫的強度設計值。

　　1.3.2 鋼牛腿與鋼管的焊接

　　鋼牛腿與鋼管之間的連接采用滿焊，其強度驗算尚需滿足[5]：

　　式中： ， ——焊縫處的彎矩值;

　　——焊縫抵抗矩;

　　， ——焊縫位置的剪力;

　　——焊縫的有效截面面積。

　　——正面角焊縫的強度設計值增大系數。對于承受靜力荷載和間接動力荷載直角角焊縫取 ，其他情況取1.0。

　　1.3.3 螺紋套筒與鋼牛腿的焊接

　　因為市面上的螺紋套筒普遍較短，故采用滿焊，其焊腳高度尚應滿足[5]：

　　1.3.4 焊縫的構造要求

　　如果角焊縫的焊腳尺寸 太大，則焊縫收縮時將產生較大的焊接變形[6]，且在熱影響區擴大的情況下，容易產生脆裂，較薄焊件可能會燒穿。所以要求[5]：

　　2 節點的施工工藝

　　本節點的加工包括下述步驟與工藝條件：

　　(1)根據混凝土梁截面高度減去保護層厚度及鋼筋直徑確定鋼牛腿高度，根據混凝土梁截面寬度減去保護層厚度確定鋼牛腿翼緣寬度，根據螺紋套筒與牛腿的焊接長度確定鋼牛腿伸出鋼管的長度;

　　(2)根據鋼管直徑大小選擇板面放射筋的數量，直徑1米的鋼管選擇均勻放置7根板面放射筋;

　　(3)分別進行鋼牛腿與鋼管的焊接、在鋼管內鋼牛腿之間的焊接、環筋與鋼牛腿的焊接以及螺紋套筒與鋼牛腿的焊接;

　　(4)在施工前進行梁主筋端部墩粗以及開螺紋絲，施工時，梁主筋與螺紋套筒擰緊;板面放射筋鉤在環筋上并均勻布置，用鋼絲綁扎。

　　上述步驟完成后，按照普通施工步驟綁扎板筋和梁筋，質量檢驗后澆筑混凝土即可。

　　3 小結

　　本節點與現有鋼管混凝土節點相比，具有如下有益效果：

　　(1)不帶環梁，本節點采用穿心暗牛腿，從外形上看與普通鋼筋混凝土梁一樣，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求。

　　(2)能很好地控制板柱交接處裂縫的開展，板放射筋均勻布置在梁之間控制裂縫的開展，其傳遞的拉力由焊接在鋼牛腿上翼緣的環筋來承受。

　　(3)施工方便，鋼管、環筋、梁主筋螺紋套筒與鋼牛腿的焊接都可在工廠完成，現場只需完成梁主筋的螺紋連接和一般的鋼筋綁扎工作，大大減少了現場的焊接工作量，能更好地保證焊縫質量。

　　參考文獻：

　　[1] 韓林海.鋼管混凝土結構——理論與實踐[M].北京：科學出版社，2004：1-4

　　[2]鐘善桐.鋼管混凝土結構[M].第三版.北京：清華大學出版社，2003

　　[3] 季 靜 吳愛明 王燕珺 韓小雷.新型穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節點試驗及分析.華南理工大學學報(自然科學版)，Vol.36 No.3，2008

　　[4] 王燕珺.帶環筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節點試驗研究及有限元分析. 廣州:華南理工大學碩士學位論文.2007

　　[5]中華人共和國國家標準.鋼結構設計規范(GB50017-2003) [S].北京:中國計劃出版社，2003

　　[6] 陳紹蕃 鋼結構[M].第二版.北京：中國建筑工業出版社，1994，39-84