民用建筑钢管混凝土结构的节点分析

摘 要：由于钢管混凝土具备良好的抗震性能以及施工简易等优势，使之在当今的建筑行业中得到了广泛运用，而且随着我国经济的快速发展，钢管混凝土已经逐步开始在民用建筑中得以利用。然而，随便钢管具备上述优势但其节点的复杂度较高，在民用建筑的设计与施工环节中会增加一定难度，文章就此加以分析并就其中的环节进行深入的分析。

关键词：民用建筑；钢管混凝土；节点

1 钢管混凝土结构的特点

1.1 构件承载力高。当钢管混凝土构件的轴心受到外来压力时，则导致了钢管与核心混凝土受到三向应力的影响，仅仅导致其性能发生质变。然而，在钢管的紧箍作用力下，其抗压性能大为提升进而使得核心混凝土不至于在短时间内发生开裂现象，而且将原本的脆性材料转化为塑性材料。此外，钢管薄壁的稳定性受到其承载力的影响，致使屈服强度在实际中得到了利用，但是在钢管混凝土中，钢管内部浇筑了混凝土则大为提升钢管薄壁的稳定性，进而使屈服强度得以广泛利用。根据相关研究得知，钢管混凝土轴压柱所能受到的荷载力较大，是同等面积混凝土所能承受荷载力的1.7倍。因此，在民用建筑中可以将刚才与混凝土进行优化组合，以提升两种材料的综合性能。

1.2 施工简便，可大大缩短工期。钢管混凝土柱可分为组合柱与单管柱，两者与传统的钢柱相比具有部件少、结构简易、焊接缝隙少等特征，而且在施工过程中可直接插入预留的杯口中而无需进行复杂的柱脚构造设计。同时，因钢管的厚度比传统钢柱要薄，大为降低了焊接的难度与成本。对于多层民用钢管混凝土建筑来说，其构件无需如钢筋混凝土一般在施工现场进行浇筑，可直接在企业进行定制进而运到施工现场进行组装即可，而且钢管的重量较轻便于运输和吊装，无需过多的施工流程，整体工作量相比钢筋混凝土更少，成本也相应较低。

1.3 耐火性能好。一旦建筑发生火灾，随着火灾时间的延续必然会导致建筑失火现场的温度急剧升高，进而导致外部钢管的性能下降，承载力不断下降而核心混凝土的导热性能较低，致使其承载力抵抗温度的时间较长。此外，核心混凝土在外部钢管的套箍作用下，即使在火灾中依旧能够承担一定的荷载。根据对已有火灾事故的考察，立柱承担的荷载达到了70%，避免了在火灾发生后建筑物较快倒塌，为救灾工作赢取了时间。

1.4 具有良好的塑性和韧性。对于单纯受压的钢筋混凝土而言，属于脆性破坏但核心混凝土因受到钢管的保护在使用过程中不仅能够提升其弹性而且在受到外力侵害导致破坏的情况下能够形成塑性变化。根据相关研究可知，核心混凝土柱在外力破坏的情况下能够缩减到原来的三分之二的长度，而无脆性破坏的特征。该性能表明了采用钢筋混凝土结构的建筑抗震性能较强，提升了建筑的稳固性，可避免因部分钢管受到破坏而导致整体结构的失衡。

1.5 建筑布局灵活。在建筑工程中使用钢筋混凝土结构已经是常见的建筑结构形式，该结构不仅符合建筑施工中的灵活布局的需求而且提升建筑自身的抗震能力以及力学性能。此外，采用该结构亦能够提升建筑自身的档次。

2 民用建筑钢管混凝土结构的节点分析

2.1 钢管混凝土柱与基础的连接节点。钢管混凝土柱与基础之间的连接方式分为端承式柱脚与埋入式柱脚，后者指的是将钢管混凝土直接插入到基础的预制杯口中，随后加以混凝土的浇筑。但是，由于钢管外壁与混凝土杯口之间的摩擦力较小，需要在插入杯口内的钢管外壁焊一些抗剪栓钉。笔者认为，仅设置栓钉不足以抵抗柱子对基础的冲切力，至少应设置抗剪钢板 。

2.2 钢管混凝土柱与框架梁的连接节点。框架梁不论是采用哪种形式，通常情况下都会通过上下加强环板的方式与钢管混凝土进行连接，通过使加强环板与混凝土梁的上下纵筋进行连接或者与钢梁的上下翼缘之间进行连接，以保障稳定性避免柱皮发生撕裂现象。对于地震多发的确，应重点加强环板的使用以提升抗震性能。然而，如果使用上下加强环板的话，即使是遵循了施工要求但却会导致一定的使用不便。例如，对于楼梯间而言，会有四分之一的圆环不能被包裹住而暴露在外，不仅影响到美观更影响到使用。根据施工经验，对于们应建筑的钢管混凝土的节点设计不能一味的遵循相关标准而要综合利用各类方式。对于一般的节点设计，仍然可以采用上下加强环板节点，而在建筑物的边角或开洞之处应做特殊设计。以钢筋混凝土梁为例：在梁上皮，可以将负弯矩筋穿过钢管混凝土柱，并在开孔处焊补强竖板；在梁下皮，可于钢管混凝土柱侧焊一圈加厚钢板，并加焊倒牛腿以确保梁侧与加劲肋之间保持平整，以进一步提升其稳定性而且又不会影响到正题的美观性。同时，根据施工经验对于该类节点的设计可以采用宽扁梁的形式，以避免对钢管造成过多的破坏。此外，还可以在混凝土柱的上下侧翼加设厚环板并将其与钢梁之间进行焊接。

2.3 钢管混凝土柱与夹层梁的连接。夹层梁大都属于单跨性质的，在具体施工不适宜采用加强环板的方法，但可以通过安装简支梁的方式进行解决：也即在钢管混凝上柱侧而设置倒牛腿，梁纵筋焊在牛腿上此处注意梁的支承长度及钢筋的焊接长度均应满足规范要求，梁高≤500mm时，支承长度为150mm；梁高≥500mm是，支承长度为200mm。

2.4 钢管混凝土柱与悬臂梁的连接。采用悬臂梁在整个钢管混凝土施工中不仅难度大而且对于技术的要求更高，根据规程中所列的几大方法，根据笔者自身的施工经验采用加长段的环板进行施工更为适宜。同时，为便于施工以及保障施工质量，可将加强环板的厚度适当增加一点并延长环板的外延长度，使之与挑梁的高度保持一致，即可解决掉环板与钢筋的连接难题。

2.5 钢管混凝土柱柱顶封头板节点。钢管混凝上柱受力特点是靠钢管壁约束混凝上，使承载力大大提高，在钢管混凝上柱的顶部也不可草率处理。混凝上浇筑完毕后，上表面一般应该略低于钢管顶部待混凝土凝固收缩完成后再其上补填高一级标号的水泥砂浆，要注意砂浆的高度应高于钢管并采用封顶板将砂浆压实，然后根据预定的设计方案进行补焊。

2.6 关于钢管混凝土柱径厚比的问题。一般而言，钢管的外径与钢管的壁厚之间的比值d/t应控制在20～85之间，而套箍指标则控制在0.1～3之间。设定此比值的目的在于避免空钢管在外力的作用导致局部乃至整理发生失衡现象。如果在具体施工环节，采用的是多层钢管的话，则应先预先计算好钢管的承载力以推测其稳定性进而在进行浇筑混凝土，以保障施工的安全。同时，并控制径厚比以满足规程的要求：如果采用吊装一一层钢管就浇灌混凝上的施工工艺则可不必考虑径厚比的全套箍指标是为了防止钢管混凝上柱脆性破坏和塑性变形过大而控制的，应该予以遵守。此外，由于施工过程中需要再钢管焊接厚度较厚的零件，因此钢管壁不能过薄，否则影响焊接，致使焊接后的材料达不到施工的要求。

参考文献

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