钢筋混凝土结构与新增钢结构节点优化设计

钢筋混凝土结构与新增钢结构节点优化设计

苏帅帅

身份证：130527******101X;河北省邢台市南和县

摘要：劲性钢筋不仅具备混凝土结构优势，也具备钢结构优势，多应用于建筑工程施工中。通过长期工程实践可知，此种结构体系会出现钢筋与型钢连接问题，包括套筒连接、钢牛腿焊接与型钢开孔等。在施工建设期间，项目采用配筋作为框架梁主体，因为未承受扭矩，所以肢箍和混凝土可以提供梁体斜面积受剪承载力，在此种情况下，受剪承载力不变，通过对原有4肢箍进行优化，采用2肢箍，可以确保施工现场钢筋混凝土梁体施工可行性。

关键词：钢筋混凝土结构；新增钢结构；节点优化

劲性钢筋不仅具备混凝土结构优势，也具备钢结构优势，多应用于建筑工程施工中。通过长期工程实践可知，此种结构体系会出现钢筋与型钢连接问题，包括套筒连接、钢牛腿焊接与型钢开孔等。施工企业在施工过程中，可以通过BIM技术建模分析结构连接的复杂节点，对施工全过程进行模拟。按照项目工期、可行性与经济性等因素，优化设计钢筋与型钢的冲突问题。

1、工程概况

某地区项目建筑面积为9055.47m2，结构为框架结构与钢结构，标志建筑物为劲性结构，高度为67.5m。该建筑首层7.4m，完成首层模板与支模架铺设后，由于框架梁恒载增加，需要将型钢添加到框架梁内。框架梁的截面尺寸为（800×300）mm，新增型钢截面积为H200×500×10×14，扣除箍筋、梁纵筋，此施工条件仅仅满足保护层厚度需求，无法将振捣棒插入到框架梁上部，同时会影响混凝土振捣密实效果，梁侧宽度比较小。在原有设计方案中，施工人员不能采用4肢箍施工方式，必须对工程所用箍筋进行优化。在标志建筑物中，下部结构主要为剪力墙构造形式，且墙体内设置箍筋型钢。完成剪力墙钢柱安装后，必须确保剪力墙达到预设标高。安装完型钢柱后，由于不能在施工现场开孔，因此扭筋、梁纵筋不能达到锚固长度，此时需要优化框架梁受力钢筋。

2、钢筋优化

2.1优化原则

在施工建设期间，项目采用配筋作为框架梁主体，因为未承受扭矩，所以肢箍和混凝土可以提供梁体斜面积受剪承载力，在此种情况下，受剪承载力不变，通过对原有4肢箍进行优化，采用2肢箍，可以确保施工现场钢筋混凝土梁体施工可行性。

2.2优化方法

第一，原设计方案的梁体斜面受剪承载力。在原有设计方案中，框架梁混凝土为C30等级，箍筋采用HRB400，截面尺寸为（800×300）mm，保护层厚度为25mm。如果施工时只配置箍筋，则I形、T形、矩形截面受弯构件所承受的承载力满足以下公式：

……（1）

在上式中，——承载力系数，数值为0.7；

——混凝土抗拉强度，数值为1.42N/mm2；

b——截面宽度，数值为300mm；

——梁截面高度，数值为750mm；

——箍筋抗拉强度设计值，数值为360 N/mm2；

S——箍筋间距，数值为100mm；

——箍筋各肢的截面积，数值为200mm2。

通过分析结果可知，承载力结果为764kN。

第二，箍筋形式优化：通过上述公式可知，原有设计可以承载剪力为764kN。如果将4肢箍优化为2肢箍时，所需要的剪力为1.05 mm2/mm。由于剪力大于标准值，所以抗剪承载力能够满足设计要求。

第三，箍筋面积配筋率。对于框架梁来说，箍筋面积配筋率必须满足三级、四级抗震等级要求，因此优化后的箍筋面积配筋率为0.07。箍筋优化后满足相关标准要求，将此方案交给设计人员进行审核。审核合格后，应用此种配筋方式开展施工，可以避免在型钢翼缘位置出现开孔操作。

3、型钢开孔后补强施工

对于结构中新增加的钢梁，应当确保翼缘宽度为200m、截面宽度为300mm，然而在扣除箍筋、纵筋后，钢梁只可以满足保护层建设要求，不能将振捣棒插入到型钢和钢筋之间。其次，混凝土粗骨料无法进入到梁体内，相应影响框架梁浇筑质量。

按照钢筋混凝土结构设计规范可知，如果钢翼缘上不能设置贯通孔，则应当对钢截面缺损率进行控制，保证小于20%，同时确保型钢满足全塑性弯矩要求。通过计算可知，在实际应用期间，型钢会受到轴力和剪力影响，且钢材强化过程存在安全隐患，所以将钢截面的缺损率控制在20%内，可以确保型钢满足全塑性弯矩要求。

此次工程项目中，型钢上翼缘施工可能会影响混凝土施工质量和安全，同时在该部位设置混凝土振捣口、进料口。按照上述分析可知，钢截面的缺损率控制在20%内，开孔小于40mm，满足规范要求。框架梁上部钢筋和型钢翼缘受压，且开孔后极易出现应力集中问题。所以在混凝土施工结束后，应当进行等面积补强处理。

在加工厂完成型钢上翼缘开孔、安装与绑扎处理后，需要进行混凝土二次浇筑。首次浇筑时，钢筋焊接在振捣棒上，同时在型钢开孔位置进行振捣，一边振捣一边浇筑，保证型钢混凝土浇筑密实度。完成首次浇筑，且混凝土具备一定强度后，需要将翼缘表面混凝土浮浆刮掉，并且使用丙酮清洗翼缘，焊接加强板，角焊缝为5mm。

4、增加搭筋板

在此次标志建筑中，原有设计采用无框架梁结构。完成基本工程后，未在型钢柱腹板上进行扭筋、纵筋孔洞加工。按照相关设计图纸可知，梁体纵筋与扭筋的锚固长度大于0.4l。由于施工严禁型钢现场开孔，通过建筑模型可知，梁体纵筋与扭筋无法穿过型钢腹板。如果在搭筋板焊接梁体纵筋与扭筋，使钢柱与钢筋形成一体，则可以加强锚固力。但是框架梁承受所有作用力时，纵筋会将拉力传递给钢柱腹，其只需承受轴向剪应力，此时纵向作用力会影响腹板稳固性。因此不能使腹板承受梁体纵筋与扭筋的拉力，需要通过钢筋锚固力承受拉力。

在此次工程中，型腹板与剪力墙的距离为20cm，梁纵筋的平直段长度大于341mm，此时纵筋需要穿过腹板，之后再折弯。如果按照上述方式锚固，若梁端部拉力为X，则搭筋板拉力为X/3，钢柱腹板为2X/3。在降低腹板承受拉力后，则需要向异侧提供2X/3反向力。

将同等大小和厚度的搭筋板设置在腹板另一侧，剩余平直段和弯直段焊接在搭筋板上，此时可以提供2X/3的拉力。在设置搭筋板时，应当确保两端标高一致，搭筋板和纵筋的焊接采用双面焊5d，焊缝厚度约为柱间直径30%，高度约为主筋直径的80%。将标高相同的搭筋板设置在腹板两侧，此时钢柱腹板不会承受框架梁钢筋拉力，由钢筋锚固段承受钢筋所受拉力。

5、结束语

综上所述，将型钢梁增加到框架梁中，设置原梁箍筋剪力为不变量，减小箍筋的间距，增加直径，以此对箍筋形式进行优化。在优化过程中，还必须满足配筋面积配功率要求。施工中应当避免在型钢翼缘上开口，如果必须开孔，则必须确保型钢缺损率控制在20%以内。如果翼缘开缺口，需要通过等面积补强方式确保缺口补强效果，以免导致削弱抗弯能力下降。按照施工图纸可知，纵筋焊接钢柱翼缘钢牛腿，但是在连接钢筋和腹板时，应当保证搭筋板对外标高一致，避免腹板承担框架梁柱主筋拉力。

参考文献

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