新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点在教学楼中的应用

张蠢

摘要：本论述根据金昌市某中学教学楼设计要求，探讨了新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点在实际教学楼建筑中的具体应用。首先介绍该组合节点的上部结构与基础计算内容，以具体的计算结果提出教学楼应用该技术组合节点的应用措施。以工期、技术完善性、后浇带区域的液态侵蚀、后浇带区域稳定性设计、混凝土建材形变风险等方面进行详细阐述。根据笔者研究，可将新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点技术应用在教学楼设计中，为教学楼体设计的稳定性、安全性提供一些技术参考和借鉴。

关键词：新型装配式;钢-混凝土组合结构;梁柱节点

中图分类号：TU398.9文献标志码：A

0 引言

在钢-混凝土组合结构之中，单一的混凝土、钢结构承重柱成为建筑工程中梁结构的主要支撑侧位作用力的构件组织，在工程施工现场以及学术研讨中，工程人员及学者高度重视此类构件连接处的基本节点组织，在复杂力学作用下的静止荷载与反复荷载性能，在实际工程与模型模拟生成了大量的实践经验与学术资料 [1]。梁柱节点是钢-混凝土框架结构发挥抗侧位应力的关键所在，在工程中目标梁柱节点位置的选取与布局，直接影响到整个工程结构的稳定性性能发挥。

1 工程概况

本工程为金昌市第五中学1#、3#教学楼初步设计，概述如下。

1#教学楼：四层（局部五层）框架结构，一至四层均由教室、办公室以及卫生间组成。一层从地面到顶棚的高差为 4.20 m，二、三层从地面到顶棚的均为3.90 m，四层从地面到顶棚的高差为4.20 m 。楼梯间出屋面从地面到顶棚的高差为2.70 m，建筑物总长78.40 m，总宽41.75 m，总高16.80 m（室外地坪至主要屋面标高）。

3#教学楼：四层（局部五层）框架结构，一至四层均由教室、办公室以及卫生间组成。一层从地面到顶棚的高差为4.20 m，二、三层从地面到顶棚的高差均为3.90 m，四层从地面到顶棚的高差为4.20 m 。楼梯间出屋面是楼梯间伸出层面，人可以通过楼梯间上到屋面。一般按宽度0.3 m，高度0.15 m 设计。楼梯间出屋面从地面到顶棚的高差为2.70 m，建筑物总长78.40 m，总宽41.75 m，总高16.80 m（室外地坪至主要屋面标高）。

2 新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点上部结构、基础计算

2.1 计算模型与主要参数

在对偶然偏心问题进行计算中，依据此教学楼设计情况以及建筑楼层质量，将嵌固端的位置选定为基础梁。严格按照我国混凝土结构设计相关规定设定梁刚度增大系数，因此本教学楼边梁刚度增大系数设定为1.5，周期折减系数设定为0.85，选择分层加载的方式进行模拟施工。楼梯采用与主体结构脱开的方案，不考虑楼梯板的斜撑作用，控制楼梯间框架柱轴压比不大于0.5;楼梯间构件按《建筑抗震规程》DB62/T25-3055-2011要求进行加强。

采取 PKPM-V2.2系列 JCCAD（2014年 9月版）程序作为基础计算的软件，该软件是由中国建筑科学研究院所研究，柱下独立基础计算时填充墙自重通过地基梁传至柱下独立基础。持力层为角砾层，地基承载力特征值fak =350 Kpa，变形模量 E0=28 Mpa[2]。

2.2 1#教学楼主要计算结果

1#教学楼主要计算结果见表1 所列。

2.3 3#教学楼主要计算结果

3#教学楼主要计算结果见表2所列。

2.4 主要计算结果分析

对计算结果进行汇总后发现，此结构当中的第一扭转周期和第一平动周期的比值均保持在0.9以内，所以本次设计在汇总和计算结果中发现并认为其符合相关工程审核的要求，同时结构本身所出现的平扭耦联效应也相对较小，抗扭的刚度相比来讲也较大。另外在进行具体验证中，在有关人员对本工程进行研究的内容中，其将建筑中5%的楼层质量具有偶然的偏心双向地震的情况进行分析，表示出该楼层最大的层间位移可以在1.5以下，并且位移角平均计算也在该数值以下，说明上述两个转移角设计能够满足审检规范要求。根据 PKPM 的计算结果发现此建筑设计结构的最小刚重比值保持在20以下，由此可以说明此设计在施工中可以不考虑重力二阶效应，同时本次设计所保障其稳定性能够符合各项要求与标准。在计算结构变形程度和承载力程度的最终数值中可以得出，该设计并没有出现超出限制值和超筋等问题，所以在此方面也可满足相关标准要求[3]。另外在强震条件下，该结构中弹塑性层间的最大位移角度均要在1/50以下，满足建筑相关的抗震设计要求内容。

3 新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点技术措施

（1） 施工工期因素。教学楼施工过程中需要對不同楼层进行同步的独立化施工，重点关注并明确工程图纸对各分离施工区域的后浇带设计，为了保证后续建筑工程竣工验收的完整性，不同施工区域的后浇带连接地带需要采用纵型梁板进行贯穿联通。在实梁板搭建过程中，梁板与施工区域原始钢筋可以交错搭接一个单位为长度，在部分梁板或钢筋长度不足的区域还可以在技术人员的专业指导下，采用附加钢筋的方式，并保证附加钢筋的数量高于原始不足额钢筋面积的 1/5[4]。

（2） 后浇带技术在施工过程中存在的问题。教学楼施工过程中需要注意后浇带区域的接缝处理工作，为避免施工现场杂物与建材垃圾在后浇带接缝区域的残留，现场人员在后浇带施工完毕后的清理工作中，还需要向目标接缝两侧区域内施加钢筋与金属网进行接缝封堵与杂物拦截，并在接缝裂口较大的区域及时加设必要竖向支撑结构。

（3）考虑到后浇带区域内可能会受到的建筑现场液态侵蚀，在实际封闭施工接缝的处理过程中还需要通过人工对表面的建筑垃圾进行细致清理，在保持接缝区域平整后向目标接缝处使用纯水泥浆建材进行重复涂抹两个循环，保证目标结分区域内的防水抗漏等级符合图纸要求强度。还要对区域于存在补偿性收缩风险的混凝土材料进行反复浇筑与翻捣，保证目标混凝土建材的密实结构与高强度。

（4） 考虑到后浇带结构的最终稳定性与整体性，后浇带砼区域的拆模时限应当高于该结构竣工后的28d，在后续的养护工作中可以将砼区域浸泡于水中，同时严格控制水养护砼区域过程中膨胀率低于0.04%，在后续施工间接中还需要利用振捣施工器材进行养护强化[5]。

（5）考虑到钢筋混凝土建材在预应力强化过程中的形变风险，案例中的教学楼施工选用了浇筑产热不明显的低水热化水泥建材，同时为了抗击浇筑过程中的异常升温，平衡建材结构与露天施工外界环境间的温差，在混凝土建材中还需以不高于整体水泥建材用量的0.2%的比例加入了无机盐类抗凝碱性外加剂。

（6）为了保障本结构在案例工程中的作用全面发挥，案例工程将混凝土建材中的水泥占比控制在最小剂量，同时也严格限制的施工现场水胶比的数值，在现场使用了刚度级别高且水泥成分较低的骨料进行混凝土建材的现场混合加工[6]。

4 结束语

本论述在撰写过程中，充分研读的大量国内建筑施工领域内的学术资料，结合自身实际负责的案例经验，在前人与本人的研究时间基础上创新提出了新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点组合式框架设计方案，将传统预制混凝土承重柱型构件与梁柱节点标准设计布局策略相结合，直接向建材生产工厂安排一体化生产，而后通过建材运输的方式为施工现场提供一类受力结构科学、加工耗时较短且施工装配简便的梁柱节点组件，从设计、生产与装配三方面创新了装配式组合框架施工结构的施工体系。

参考文献：

[1]芦静夫，孙占琦，邱勇，等. 新型装配式钢-混凝土组合结构梁柱节点在学校教学楼中的应用[J]. 建筑结构，2019，49（S2）：498-503.

[2]张琪. 浅述装配式钢管束组合结构体系在工程中的应用[J].砖瓦，2020（1） ：76-79.

[3]芦静夫，樊则森，孙占琦，等. 装配式钢-混凝土组合框架结构在学校建筑中的研究与应用[J]. 施工技术，2020，49（8）：13-18，35.

[4]趙志红. 钢-混凝土组合结构装配式建筑体系技术研究与应用[J]. 施工技术，2019，48（S1）：1263-1265.

[5]陈浩，程亮，胡郢. 钢-混凝土组合结构节点抗震性能研究现状[J]. 建材世界，2021，42（ 4）：50-53.

[6]王海，李杰，陈以一. 部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯承载力计算方法比较[J]. 建筑结构，2021，51（7）：7-13.