超高层核心筒内连梁钢板安装节点探析及改进

黄书鑫

中建八局钢结构工程公司/广州经理部 广东 广州 510000

前言

随着我国经济水平的提高，超高层建筑随之增多，进一步助推了混合结构体系的快速发展。该结构体系具有较高的刚度、良好的延性、稳定的滞回性能以及内力重分布能力强等优点。尤其适用于高烈度地区，在高层建筑结构中得到了越来越多的应用[1-3]。在高层剪力墙连梁内增加全长双面设置栓钉的钢板，焊接在钢板上的栓钉能较好地传递混凝土与钢板之间的横向力，能充分发挥钢材与混凝土在强度、刚度、延性、耗能性能及建筑功能适用性方面的优势，并提高结构的抗震性级及抗侧刚度。该结构体系可充分发挥混凝土劲性钢柱柱与连梁钢板各自性能的优势，是性能优异的结构体系[4-6]。近年来已经越来越广泛的应用在高层建筑中，是符合我国基本国情的一种高层结构形式，具备良好推广性。

1 工程概况

项目包括办公1#楼（31 层）、住宅2#楼（56 层）、住宅3#楼（38 层）、住宅4#楼（28 层）、商业2-1#、3-1#楼（2 层裙楼）、幼儿园6#楼（3 层）。其中，1#楼建筑高度151.7m，2#楼建筑高度204m，结构均采用混合框架+钢骨混凝土核心筒；3#楼建筑高度132m，为钢筋混凝土剪力墙结构；4#楼建筑高度88.2m，为钢筋混凝土剪力墙结构；6#楼为幼儿园，建筑高度12.3m，采用钢框架结构。整个工程总用地面积29023㎡，总建筑面231823.167㎡，地上计容建筑面积156723.44㎡，地上不计容面积7599.73㎡，地下建筑面积67500㎡。

2 连梁钢板优点及受力特性

超高层建筑重力载荷巨大，结构的重力载荷代表值可达数十万t以上，竖向构件能够承受很大的竖向载荷，而连梁钢板构件可以明显地提高结构的抗侧刚度，因此，该组合结构在抵抗风荷载和地震作用时也将发挥巨大作用。利用屈曲后性能的连梁钢板作为一种新型抗侧力构件，其边缘框架是保证钢板形成拉力带并充分发挥作用的基础，而形成拉力带的钢板又对边缘框架产生较大的作用力[7]。该结构既能满足高层建筑对承载力及延性的要求，又能充分发挥钢材与混凝土的强度。同时降低构件尺寸，减轻建筑自重，提高建筑使用空间，因此在超高层建筑得到了广泛应用。

3 连梁钢板安装节点形式

连梁钢板的使用虽然有诸多优点，但作为较新型的节点形式，还没有相对完善的施工工艺标准，目前主要通过项目的实际结构形式，结合现场施工的操作流程来确定连梁钢板的安装节点形式。本论文结合项目工程实践，针对四种安装节点形式进行探讨。

（1）连梁钢板与核心筒劲性钢柱直接焊接节点。在高层剪力墙结构设计中，剪力墙连梁的两端常设置有劲性钢柱。在施工过程中，为提高施工效率，常会将连梁钢板直接焊接于H劲性钢柱腹板上（如图1所示），使连梁钢板和劲性钢柱成为统一受力体。此种节点处理方式优点是，节点深化简单，加工方便，便于工人按图施工。但此节点仍存在一定局限性，对于高层混凝土结构中的劲性钢柱多为大截面H型钢柱，过长的H型劲性钢柱又会在竖向高度上设置加劲板。因此造成连梁钢板安装时无法很理想的安装进两根H型劲性钢柱内，同时由于安装误差，导致连梁钢板两端无法保证与钢柱腹板刚好接触。这时需要对连梁钢板进行端头切割，切割后又会导致钢板与H型劲性钢柱腹板有较大缝隙，无法正常焊接，因此该节点较适宜于小截面H劲性钢柱和宽度小于300mm的连梁钢板。

（2）连梁钢板与核心筒劲性钢柱的钢板牛腿对接焊接节点。通过工程实践，对较大截面的H型钢劲性钢柱与宽度大于300mm连梁钢板相结合的节点进行优化设计。在劲性钢柱的连梁钢板位置，深化设计出安装牛腿，将连梁钢板与伸出劲性钢柱翼缘板的牛腿进行对接焊接（如图2所示）。该节点将焊接位置移到了H型劲性钢柱外侧，提高了施工的方便性。虽然此节点解决了连梁钢板无法安装到两根H型劲性钢柱之间的问题，但施工过程中两根牛腿之间的间距难以控制，过大的间距不利于焊接，间距过小又无法正常安装，需要修改连梁钢板长度或者牛腿长度。故此节点适用于现场劲性钢柱安装精度高，便于调整固定的施工条件。

（3）连梁钢板与核心筒劲性钢柱的钢板牛腿搭接焊接节点。综合上述两种情况，并结合连梁钢板的受力特性，将连梁钢板与H型劲性钢柱的节点进一步优化为钢板与钢柱牛腿搭接拴接形式（如图3所示）。螺栓孔根据规范要求，优化成椭圆孔，便于适当调节连梁钢板的水平位置，可大幅度减小由牛腿间距偏差所带来的影响。此节点便于施工，并具有施工效率高，后期调整方便等优点。

（4）连梁钢板直接与钢筋梁柱固定节点。在高层中，随着楼层的逐渐增高，劲性钢柱由下往上逐步减少至没有。但是连梁钢板会一直存在，此时连梁钢板将与钢筋梁柱固定连接（如图4所示）。此连接关键在于钢筋绑扎与连梁钢板安装工序的对接，必须待钢筋柱绑扎到连梁钢板位置，下部箍筋全部绑扎固定后进行。钢筋柱垂直度调整到位后安装连梁钢板，其两端埋入钢筋柱内，并确保钢板两端锚固于混凝土内长度不小于500mm。连梁钢板端头焊接垂直于劲性钢柱方向的d22钢筋，防止连梁钢板端头从钢筋柱中滑出，连梁钢板安装固定完成后，再对钢板上部箍筋进行绑扎。

此节点应在连梁钢板内预留出箍筋孔，使钢板宽度范围内的柱箍筋能正常绑扎。

4 安装节点对比总结

通过现场实践归纳出以上四种安装节点方式，对比发现在有劲性钢柱的情况下，第三种连梁钢板节点相较于其他方法具有施工效率高，人工投入小，质量便于保证等优势，具有很强的适用性。在没有劲性钢柱的结构中，就采取节点四安装形式，该节点条件下可以将连梁钢板的长度适当加长10cm，确保两端锚固长度足够并增加节点牢固性。

5 结束语

本论文根据现场施工对连梁钢板的安装节点优化过程，总结了四种安装节点的优缺点，并归纳出各种安装节点的适用条件，以期为同类型工程提供参考。