钢-混凝土组合结构节点连接关键技术研究

李明坤

(1.中铁三局集团建筑安装工程有限公司 山西太原 030006;2.中铁三局集团有限公司 山西太原 030001)

钢-混凝土组合结构是将钢构件和混凝土或钢筋混凝土部件组合成为整体而共同工作的一种新型结构，因其兼具钢结构和混凝土结构的优良特性，已广泛应用于高层建筑、大型厂房、公路桥梁等建筑工程领域[1-3]。然而，作为两种不同类型的材料结构，结构形式灵活多样，其受力特性和性能区别较大，如何优化钢-混凝土组合结构关键节点连接结构和提高其连接性能一直是国内外学者的研究特点[4-8]。袁军海[6]基于低周反复荷载试验研究观察试件的受力全过程，研究了柱截面的配钢形式、轴压比、扭弯比、混凝土强度、配箍率、配钢率等参数对型钢混凝土试件抗震性能的影响。谭正龙[7]研发了一种以高强度螺栓为剪力连接件的新型装配式钢-混凝土组合结构连接方式，并基于推出试件对其抗剪性能进行了系列研究。曹佃凯[8]基于ABAQUS有限元软件对螺栓连接件在不同受力状态下的初始弹性行为、抗剪承载力及其影响因素进行了系统研究。

结合某实际工程，该文对钢-混凝土组合结构连接节点施工关键技术开展研究，以期可以有效提高不同类型关键节点的连接性能，为今后类似工程提供经验借鉴。

1 工程概况

朔州市大医院建设工程作为当地第一座三甲医院，是朔州市委、市政府根据朔州实际，从人民群众需求出发做出的一项重要决策，是解决百姓看病难、看病贵的一项民生工程，是填补空白、完善功能、提升品位的公益性建设项目。该工程总占地面积209 333 m²，总建筑面积206 309 m²，图1为工程建设效果图。该工程主体结构为框架结构，构件种类多，结构单元超长超大，节点形式复杂，为保证施工质量，应当选择合适科学的节点处理方式。如图2 所示，该文主要针对柱板节点、钢柱拼接节点、梁柱节点等方面，开展节点连接关键技术研究。

图1 本工程建设效果图

图2 钢-混凝土组合结构断面图

2 钢-混凝土组合结构柱板节点施工关键技术

为了提高钢-混凝土组合结构中柱板节点的连接强度，该工程采用如图3 所示的柱板节点连接结构。该柱板节点结构包括楼板、型钢柱底板、定位箍筋、混凝土、异形连接构件和型钢柱；型钢柱由型钢腹板、加劲肋板、型钢翼缘和吊耳板在工厂焊接而成，型钢腹板四周设置型钢翼缘，型钢翼缘侧部设置加劲肋板，型钢翼缘上部设置吊耳板，吊耳板设置吊耳孔；在型钢混凝土板柱节点处的型钢柱连接通过异形连接构件将吊耳板和型钢柱底板连接，异形连接构件由L形滑丝筋、竖形滑丝筋、高强套筒和钢筋焊接而成，竖形滑丝筋与L形滑丝筋通过高强套筒连接，L 形滑丝筋侧部设置钢筋。

图3 钢-混凝土组合结构柱板节点示意图

施工时，先对吊耳板和型钢柱除锈，异形连接构件穿过吊耳板的吊耳孔和垫片固定在吊耳板上，通过扭转高强六角螺母来保证异形连接构件的垂直度，将4个竖形滑丝筋控制在同一标高处，通过绑扎定位箍筋将4 个异形连接构件连接；待型钢柱顶部的柱帽处钢筋绑扎完毕后，浇筑C30混凝土，振捣养护后完成下部型钢混凝土柱施工；清理柱帽表面，将垫层铺设平整，定位后将型钢柱底板栓接固定在柱帽上部，将型钢柱底板上部的型钢柱与型钢柱底板焊接。

3 钢-混凝土组合结构钢柱拼接节点关键技术

如图4所示，钢柱拼接结构包括定位直杆、定位耳板、型钢腹板、加劲肋板、型钢翼缘、定位筒凸口和定位筒；其中，定位直杆焊接在十字形的型钢腹板上部中间，保证了上部型钢柱的垂直度，在型钢腹板上部两侧焊接定位耳板，限定了上部型钢柱在同一水平面的位移；型钢腹板下部设置定位筒凸口和定位筒。

图4 钢-混凝土组合结构钢柱拼接节点示意图

工厂预制时，对型钢柱拼接结构进行预拼，满足要求后方可运送至施工现场；吊装时，定位筒凸口与定位直杆对准且上部型钢腹板与下部型钢腹板对准后缓慢下放，刚好上部型钢腹板卡在定位耳板内，上下部的加劲肋板钻孔后用高强螺栓连接。

4 钢-混凝土组合结构梁柱节点施工关键技术

如图5 所示，该工程中的梁柱节点结构主要包括型钢腹板、型钢翼缘、钢板套筒、L形架立筋、梁上部纵筋、梁下部纵筋、上腹板凹槽、下部型钢凸腹板、固定焊条、环形抱箍、定位螺旋拉杆、弧形定位垫片、定位旋把；其中，在型钢翼缘和型钢腹板处焊接钢板套筒，钢板套筒用钢板和套筒焊接而成，梁下部纵筋穿设在钢板套筒内，梁上部纵筋搭设在下部型钢凸腹板上部，下部型钢凸腹板位于下部型钢腹板的顶部，梁上部纵筋和梁下部纵筋通过L 形架立筋连接；上部型钢腹板底部的上腹板凹槽与下部型钢腹板顶部的下型钢凸腹板相配合，将定位螺旋拉杆穿设于上部型钢腹板底部的定位孔内，定位螺旋拉杆一端的弧形定位垫片与下部的型钢翼缘贴合，定位螺旋拉杆上设置定位旋把，旋转定位旋把改变定位螺旋拉杆长度，从而将上部型钢柱定位，上部型钢翼缘和下部型钢翼缘通过固定焊条连接固定，固定焊条通过环形抱箍连接在一起。

图5 钢-混凝土组合结构梁柱节点示意图

工厂预制时，对型钢柱梁柱结构进行预拼；下部型钢柱安装完成后，在型钢翼缘和型钢腹板处焊接钢板套筒，梁下部纵筋穿在钢板套筒内，梁上部纵筋搭设在下部型钢凸腹板上，用L 形架立筋将梁上部纵筋和梁下部纵筋连接；上部型钢柱吊装时，将上部腹板凹槽和下部型钢凸腹板对准后，将定位螺旋拉杆穿于定位孔内，定位螺旋拉杆一端的弧形定位垫片与下部的型钢翼缘贴合，通过旋转定位旋把调整上部型钢柱前后位置，型钢翼缘连接处焊接固定焊条使上下部型钢柱连接固定，最后用环形抱箍将固定焊条连接在一起。

5 结论

结合某实际工程，该文以型钢-混凝土组合结构为研究载体，分别从柱板节点、钢柱拼接节点、梁柱节点等方面开展连接关键技术研究，得出主要结论如下。

（1）针对钢-混凝土组合结构中的板柱节点连接，采用异形连接构件将吊耳板和型钢柱底板连接，替代传统的L形预埋筋，有效加强了上下型钢柱连接性能，加快了施工效率，防止节点处混凝土空洞。

（2）针对钢-混凝土组合结构中的钢柱拼接，通过定位直杆和定位耳板定位，加快了施工效率，通过在加劲肋处栓接高强螺栓形成稳定的整体，有效提高了型钢柱拼装节点的抗震性。

（3）针对钢-混凝土组合结构中的梁柱节点连接，梁下部纵筋通过钢板套筒分别与型钢翼缘和型钢腹板连接，梁上部纵筋通过L 形架立筋与下部纵筋定位固定，加强了梁柱节点的稳定性；通过旋转定位旋把改变定位螺旋杆长度，从而改变上部型钢柱位置，大幅度减小此节点处上下型钢柱定位工作量，增强了钢混梁柱连接性能。