雙鋼板-混凝土組合剪力墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)綜述

陳琦

摘 要 本文對雙鋼板-混凝土組合剪力墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行簡要總結(jié)，對比分析各連接節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)，為今后墻梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計工作提出建議。

關(guān)鍵詞 雙鋼板-混凝土組合剪力墻;墻梁節(jié)點(diǎn);抗震性能;組合結(jié)構(gòu)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，高層建筑越來越成為主流，有利于更大程度利用土地資源，而剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑的重要受力體系，提高墻體承載力和變形耗能能力一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究焦點(diǎn)，近些年來，雙鋼板-混凝土組合剪力墻以其良好的抗震性能，越來越受到各界關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者對于組合墻體構(gòu)造措施的研究愈加成熟，但是在組合墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)方面的研究還不完善，墻梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計是實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的重要環(huán)節(jié)，直接影響到整體建筑的安全，因而，墻梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計在雙鋼板-混凝土組合剪力墻體系中至關(guān)重要。

1混凝土剪力墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)

1.1 預(yù)埋件節(jié)點(diǎn)

預(yù)埋件在工程中鋼結(jié)構(gòu)與混凝土之間協(xié)同工作的常見方式，預(yù)埋件節(jié)點(diǎn)形式的主要內(nèi)容為：鋼板等預(yù)埋件的一側(cè)與鋼梁連接，另外一側(cè)則與栓釘或錨筋焊接，整體澆筑在混凝土墻體內(nèi)，已達(dá)到將鋼梁內(nèi)力傳送到墻體，其中鋼梁與預(yù)埋件之間可采用螺栓連接、焊接、栓焊連接，而埋件厚度以及栓釘錨筋的數(shù)量則是根據(jù)鋼梁內(nèi)力。此類節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理較為明確，但是此節(jié)點(diǎn)剛度較小，接近鉸接節(jié)點(diǎn)，承載力較低，所需栓釘錨筋數(shù)量較多，鋼板埋件的厚度較厚，另外，節(jié)點(diǎn)在反復(fù)荷載作用下會出現(xiàn)周圍混凝土的壓碎脫落，存在一定安全隱患。

1.2 型鋼鋼骨節(jié)點(diǎn)

為增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)剛度和承載力，參考鋼結(jié)構(gòu)中梁柱、梁梁節(jié)點(diǎn)形式，提出型鋼鋼骨節(jié)點(diǎn)，其主要連接為：先在混凝土墻體邊緣設(shè)置鋼骨柱或鋼骨梁，再與外部鋼梁連接，其中鋼骨柱與鋼梁采用外伸牛腿，與鋼梁可采用鉸接和剛接兩種方式，而鋼骨梁則與鋼梁之間直接用高強(qiáng)螺栓連接。此類節(jié)點(diǎn)的剛度和承載力較高，但鋼梁與墻內(nèi)部型鋼的傳力機(jī)理較為復(fù)雜，且節(jié)點(diǎn)在反復(fù)荷載作用下仍會出現(xiàn)周圍混凝土的壓碎脫落，存在一定安全隱患。

2008年，戴紹斌等人[1]為研究鋼梁與混凝土墻剛性節(jié)點(diǎn)在地震作用下受力特性，加工制作了3個足尺節(jié)點(diǎn)試件，對其進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明，此種剛接節(jié)點(diǎn)在反復(fù)荷載作用下具有良好的承載力和耗能能力，其中鋼梁翼緣與端板的焊接質(zhì)量直接影響節(jié)點(diǎn)受力，并建議盡量采取規(guī)格較大的高強(qiáng)螺栓，且端板厚度滿足平面內(nèi)強(qiáng)度和平面外穩(wěn)定即可。

2雙鋼板-混凝土組合剪力墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)

2.1 H型鋼組合剪力墻與鋼梁節(jié)點(diǎn)

2014年，金天德等人[2-3]提出了一種組合型鋼管混凝土墻與鋼梁的剛接節(jié)點(diǎn)，以若干個H型鋼縱向焊接成一字型組合墻體，鋼梁則布置在端部H型鋼的兩翼緣板之間，鋼梁端部采用翼緣擴(kuò)寬的措施，將塑性鉸外移，以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱桿件”設(shè)計原則，另外，此節(jié)點(diǎn)傳力直接明確，無須在墻體內(nèi)部設(shè)置埋件和內(nèi)隔板，可明顯降低施工難度，制作方便。

2.2 隔板節(jié)點(diǎn)

與鋼結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)類似，鋼梁與鋼板-混凝土組合剪力墻采用內(nèi)隔板與外伸隔板兩種形式，在組合墻體的端部腔體內(nèi)設(shè)置隔板，將鋼梁的內(nèi)力傳送到墻體。此節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理較為明確，但存在自身局限性，由于墻板通常較薄，隔板與之只能采用角焊縫連接，強(qiáng)度和變形能力較差，且組合墻體的厚度小，其內(nèi)隔板尺寸受到限制，傳力效果有所下降，另外，隔板的設(shè)置將不利于混凝土的澆筑，對混凝土受力性能產(chǎn)生影響。

2.3 端板型節(jié)點(diǎn)

2016年，李硯波等人[4]提出一種新型端板式節(jié)點(diǎn)，鋼管束組合墻端部外貼端板，一側(cè)采用橫貼板與墻身鋼板焊接，另一側(cè)與鋼梁栓焊連接，通過端板以達(dá)到良好傳力效果，設(shè)計制作了3個端板型節(jié)點(diǎn)試件，在低周反復(fù)荷載下進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，對比分析得知：此節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能，增加端板厚度有利于提升節(jié)點(diǎn)承載力，梁翼緣的加厚便于梁端塑性鉸外移，以達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱桿件”設(shè)計準(zhǔn)則。

2.4 肋板型節(jié)點(diǎn)

此節(jié)點(diǎn)在鋼梁上下翼緣的兩側(cè)均設(shè)置橫向肋板，已達(dá)到將鋼梁內(nèi)力直接通過肋板傳送到組合墻體。2016年，陳志華等人[5]進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)研究肋板型墻梁剛接節(jié)點(diǎn)的抗震性能，結(jié)果表明，該節(jié)點(diǎn)將塑性鉸位置移至肋板末端，避開墻梁交界區(qū)域，大大改善節(jié)點(diǎn)的受力性能，其等效粘滯阻尼系數(shù)為傳統(tǒng)混凝土節(jié)點(diǎn)的四倍，具有更高的延性和變形耗能能力。

3墻-梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計的若干問題

組合墻體與鋼梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計仍需要考慮以下問題：

①“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的設(shè)計準(zhǔn)則，節(jié)點(diǎn)的高承載力和良好的變形耗能能力。②墻體內(nèi)部的傳力方式需考慮組合墻體的薄厚度條件，滿足基本的構(gòu)造要求。③剪力墻結(jié)構(gòu)常用于高層建筑，節(jié)點(diǎn)外觀造型是否影響使用效果，也是一大考慮因素。

4結(jié)束語

本文對雙鋼板-混凝土組合剪力墻與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)形式進(jìn)行簡要總結(jié)，多種節(jié)點(diǎn)各具優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計中應(yīng)綜合考慮。隨著研究人員對連接節(jié)點(diǎn)的深入研究，墻梁節(jié)點(diǎn)將在形式、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、承載力計算、數(shù)值模擬等方面得到進(jìn)一步發(fā)展，也為未來的工程應(yīng)用提供借鑒參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴紹斌，張亮權(quán)，黃俊.混合結(jié)構(gòu)中鋼梁與混凝土墻剛性節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2008，41（1）：72-76.

[2] 金天德.組合型鋼管混凝土柱與鋼梁的剛接節(jié)點(diǎn)[P].中國：102995758B，2014-09-24.

[3] 金天德，葉再利.H型鋼拼接組合鋼管混凝土墻/柱構(gòu)件協(xié)同工作性能分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2015，（9）：64-69.

[4] 李硯波，曹晟，陳志華，等.鋼管束混凝土組合墻-梁翼緣加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)[J].天津大學(xué)學(xué)報，2016，49（z1）：41-47.

[5] 李杰，陳志華，張曉萌，等.無邊緣構(gòu)件鋼管束剪力墻的墻梁節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].振動與沖擊，2016，35（21）：159-165.