谈钢梁与混凝土柱铰接点设计

概要：新增钢夹层的设计重点是钢梁与混凝土柱的连接节点设计。铰接节点是钢梁与混凝土结构连接最普遍的节点做法，具有受力简明、施工方便、设计简单的优点；应通过比较计算，选取满足受力要求的化学锚栓进行连接。

本文以某典型工程为例，介绍新增钢夹层钢梁与混凝土柱连接节点设计方法及做法。

1工程概况

某保税区内二层仓库，每层面积约20000㎡，钢筋混凝土框架结构，屋面为轻钢屋面。底层层高10.3m，柱截面800×800，柱距9m。

该仓库被某电子类厂家租用，改建为厂房。拟在4.7m标高处增设钢结构夹层，作为生产车间使用。

夹层楼板为压型钢板混凝土组合楼板，梁为钢梁。楼面恒荷载标准值为4KN/㎡，活荷载标准值为8KN/㎡。通过整体计算，改建后原设计桩基可以满足承载力要求。

2节点设计

原结构为混凝土结构，钢夹层钢梁需与混凝土柱连接，为了避免在混凝土柱身中部作用弯矩而造成不利，同时也为了避免钢夹层与原混凝土结构整体抗震分析的不确定性，钢梁与混凝土柱连接采用铰接方式，节点计算时主要计算剪力，同时也考虑连接距离产生的附加弯矩的影响。

经过对钢梁强度及变形计算，受力最大的钢梁选用H800×300×12×25（Q345），支座剪力设计值为570KN。梁柱节点连接处，节点伸出一段连接牛腿，钢梁端部剪力受力点距柱边缘距离为410mm，因此而产生了附加弯矩M=570×0.41=234KN.m。为了减小这个附加弯矩对柱身的影响，在节点区域上下设置了垂直柱面的封闭式环形箍板，从而通过构造措施在节点范围内平衡附加弯矩。从而，连接节点由柱各面上的连接板相连而成，上下端由垂直的封闭式环形钢板箍紧，环形板间设置竖向加劲肋形成牛腿，整个梁柱节点区形成了一个封闭的整体。

节点做法详图如下（见图1～3）： 图1 图2 图3

可见，钢梁是通过连接节点与混凝土柱连接的，而各柱面上的连接节点板与混凝土柱之间又是通过化学锚栓连接的，化学锚栓受力起到了重要的作用，所以，下面将重点介绍化学锚栓的计算。

本工程选用5.8级M24化学锚栓。 2.1計算化学锚栓的承载力

分别依据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）和《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2004）计算承载力，最后取较小值。依据《混凝土结构加固设计规范》计算化学锚栓受拉承载力设计值：Nta=fud，t×As=310×452=140KN。

化学锚栓受剪承载力设计值：Va=fud，v×As=180×452=81KN依据《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2004）计算γRs，N=γRs，v=1.3×fstk/fyk=1.3×500/400=1.625

化学锚栓受拉承载力设计值NRd，s：NRk，s=As×fstk=452×500=226KN，NRd，s=NRk，s/γRs，N=226/1.625=139KN

化学锚栓受剪承载力设计值

VRd，s：VRk，

s=0.5×fstk×As=0.5×500×452=113KN，VRd，s=VRk，s/γRs，v=113/1.625=69.5KN，综上，取较小值：化学锚栓受拉承载力设计值NRd，s取139KN，化学锚栓受剪承载力设计值VRd，s取69.5KN

2.2梁柱节点处化学锚栓计算

支座剪力V=570KN，附加弯矩M=234KN.m，每个柱面连接板布置双列化学锚栓，每列7根，共14根，螺栓间距见节点图。

⑴抗剪计算

V/n=570/14=40.7KN< p=\"\"><>

⑵弯矩作用、弹性分析时，受力最大锚栓（最上排）的拉力设计值：Nsdh=M×y1’/Σyi’2=234×0.94/（0.942+0.772+0.622+0.472+0.322+0.172）=99.4KN

最上排每根锚栓Nsdh/2=49.7KN< p=\"\"><>

⑶拉剪共同作用时，根据《混凝土结构加固设计规范》13.3.12条（40.7/69.5）2.0+（49.7/139）2.0=0.343+0.128=0.471≤1满足要求（40.7/69.5）1.5+（49.7/139）1.5=0.450+0.214=0.664≤1满足要求。

⑷依据《混凝土结构设计规范》9.7.2条验算化学锚栓总截面面积。 当有剪力和弯矩共同作用时：AS=14×452=6328mm2；Fc=14.3N/mm2；fy=310N/mm2>300N/mm2，取300N/mm2；αr=0.85；

αv=（4-0.08d）√（fc/fy）=（4-0.08×24）√（14.3/300）=0.454；αb=0.6+0.25×（t/d）=0.6+0.25×（25/24）=0.86；z=0.94m。

AS>V/（αr×αv×fy）+M/（1.3×αr×αb×fy×z）=570×103/（0.85×0.454×300）+234×106/（1.3×0.85×0.86×300×940）=4924+873=5797mm2，满足要求。

AS>M/（0.4×αr×αb×fy×z）=234×106/（0.4×0.85×0.86×300×940）=2838mm2，满足要求。

通过以上计算，设计出了连接所需的化学锚栓。钢梁与节点连接设计为通过高强化学螺栓抗剪连接的铰接点。同时，在梁柱连接节点区域上下1m范围内，通过包角钢连接缀板的方法，在构造上加强该梁柱节点区。

3结论

综上所述，新增钢夹层的设计重点是钢梁与混凝土柱的连接节点设计。铰接节点是钢梁与混凝土结构连接最普遍的节点做法，具有受力简明、施工方便、设计简单的优点；应通过比较计算，选取满足受力要求的化学锚栓进行连接。