高層建筑中的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)

1、第"期!#!年"月廣東土木與建筑/012/342/156789:6905:68;8<:2/82:582/2>?"=12!#!高層建筑中的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)容柏生,廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院摘廣州%!-!-.要：我國(guó)一些高層建筑采用了鋼管混凝土柱，取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。本文主要綜合介紹用于高層建筑的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)的形式，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼管混凝土柱；鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)在高層建筑中使用鋼管混凝土柱具有其特殊優(yōu)"概述鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土，利用鋼管點(diǎn)：用鋼管混凝土柱代替普通鋼筋混凝土柱，可以使柱截面大大縮小，而且可以提

2、高抗震性能，方便施工等；利用鋼管混凝土柱代替鋼結(jié)構(gòu)中的鋼柱，可以減少用鋼量，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度；在高層建筑多層地下室的逆作法施工中，它更充當(dāng)重要的角色。廣州市的好世界廣場(chǎng)大廈（#層，圖!$），新中國(guó)大廈（%&層，圖!），合銀大廈（("層，圖!)），深圳的賽格廣場(chǎng)（*"層，圖等大型高層建筑，都以不同的形式采用了鋼管混!+）凝土柱，部分還將之構(gòu)成內(nèi)框筒或用于逆作法建造多層地下室，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均取得很好的效果。對(duì)填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受縱向壓力時(shí)處于三向受力狀態(tài)，從而提高其軸向抗壓能力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)除強(qiáng)度高外，還有重量輕、延性好、!耐疲勞和沖擊、省料和施工方便

3、等優(yōu)點(diǎn)。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此在民用和工業(yè)建筑、橋梁和地鐵等工程中得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著我國(guó)高層建筑的發(fā)展，利用鋼管混凝土作為其主要承重柱的也逐漸增多。!好世界廣場(chǎng)大廈"新中國(guó)大廈圖"$合銀大廈#賽格廣場(chǎng)采用鋼管混凝土柱的高層建筑高層建筑中使用的鋼管混凝土柱主要是圓形截面的，但有時(shí)也會(huì)采用其他截面型式而形成異型柱。我國(guó)對(duì)圓形截面鋼管混凝土柱已有深入的系統(tǒng)研究!，"，#和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)異型截面柱的研究則比較少，的節(jié)點(diǎn)形式，為在高層建筑中推廣應(yīng)用鋼管混凝土柱提供了更廣闊的空間。本文主要就高層建筑中所采用的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)的形式和應(yīng)用作一扼要的綜

4、合介紹。應(yīng)用也還不很多。鋼管混凝土柱與樓蓋連結(jié)的節(jié)點(diǎn)，是實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)重要部分。當(dāng)它與鋼結(jié)構(gòu)樓蓋連結(jié)時(shí)，構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，但與鋼筋混凝土樓蓋連結(jié)時(shí)則比較復(fù)雜，甚至影響了對(duì)它的使用，因此不少單位開(kāi)展了這方面的研究，并已取得了可觀(guān)的成果，提出了多種多樣我國(guó)在改革開(kāi)放以來(lái)，高層建筑在數(shù)量上不斷增加，高度也不斷加高，而建造高層建筑大多數(shù)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自重很大，隨著建筑高度的增!鋼管混凝土柱#!""!年#月第#期容柏生：高層建筑中的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)1A!""!AB)#加，柱的軸壓力就越大，加上抗震設(shè)防的需要，為保證構(gòu)件的延性，有關(guān)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土柱均有

5、控制軸壓比（!"!#$"）的要求，同時(shí)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)只做到#$"或再高一些，所以柱的截面很大，甚至達(dá)到了占用過(guò)大使用面積，影響建筑功能和觀(guān)感的地步。為了解決這一矛盾，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中開(kāi)始使用鋼管混凝土柱來(lái)代替普通鋼筋混凝土柱，由于其承載力高，柱的截面就可以大大縮小。例如原來(lái)截面為%&%&的鋼筋混凝土方柱，可以用直徑為()$&或者更小的鋼管混凝土圓柱來(lái)代替，加上鋼管混凝土柱的延性好，對(duì)抗震更為有利，因而效果十分顯著。此外，鋼管（包括節(jié)點(diǎn)構(gòu)造部分）可以在工廠(chǎng)預(yù)制，質(zhì)量更有保證。在施工中還可以省去鋼筋和模板的安裝，安裝好的鋼管又可以兼作樓蓋模板的支承

6、，使施工得到簡(jiǎn)化和加速。因此，高度較大的高層建筑很多都采用鋼管混凝土柱。鋼管混凝土柱的另一重要用途是用于多層地下室的逆作法施工。高層建筑通常都帶有地下室，隨著建筑高度的增加，由于各種需要，地下室的層數(shù)一般都有%、*層或者更多。地下室的施工難度較大（主要是基坑開(kāi)挖及支護(hù)結(jié)構(gòu)）且工期長(zhǎng)，影響建筑物投入使用的時(shí)間。為縮短建設(shè)周期，地下室采用逆作法施工是很有效的辦法。但多層地下室的逆作法施工，關(guān)鍵是如何先構(gòu)筑成支承上部結(jié)構(gòu)的臨時(shí)豎向構(gòu)件，這時(shí)鋼管混凝土柱就成為主要角色，當(dāng)根據(jù)柱位用沖、鉆或挖孔的方法做成柱基礎(chǔ)后，就可以直接把預(yù)制好的相應(yīng)于地下室深度的整根鋼管（包括支承地下室各層樓蓋的節(jié)點(diǎn)）吊裝就位，即

7、成為既是建造上部結(jié)構(gòu)的臨時(shí)性也是以后永久性的支柱。之后就一邊往下逐層施工地下室，一邊往上逐層施工上部結(jié)構(gòu)，完全省去了整個(gè)地下室的施工期。廣州新中國(guó)大廈有+層地下室，采用上述方法施工，當(dāng)?shù)叵率沂┕ね戤厱r(shí)，上部結(jié)構(gòu)已施工到%"層，縮短工期達(dá)半年之多,。鋼管混凝土柱的截面形式以圓形為主，但由于建筑設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)上的需要，有時(shí)也有必要采用其他型式的截面如方形、矩形、-形或.形等的異形柱。此外，隨著工程的實(shí)踐，還發(fā)展了一些變種的柱。下面把已成功應(yīng)用于實(shí)際工程的各種不同類(lèi)型的鋼管混凝土柱作一簡(jiǎn)單的敘述。%)(圓形截面柱圓形截面鋼管混凝土柱是最基本也是應(yīng)用最多的形式。根據(jù)約束混凝土的受力機(jī)理，環(huán)形截

8、面的鋼管是最合理的形式，因?yàn)樗鼘?duì)核芯混凝土的約束是3均勻的向心力，而鋼環(huán)自身在核芯混凝土的向外鋼管擠壓力作用下，則只有環(huán)混凝土柱向拉力（圖%），因而約束效果最顯著（相對(duì)也是最核芯混凝土外包經(jīng)濟(jì)的）。所以在條件許鋼管可時(shí)應(yīng)該優(yōu)先采用圓形截面柱。對(duì)圓形截面鋼管圖!約束作用示意圖混凝土構(gòu)件的應(yīng)用，我國(guó)已有*"多年的歷史，特別在/"年代，開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，在構(gòu)件的工作狀態(tài)、計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法等方面都取得了豐碩的成果(，%。在此基礎(chǔ)上，國(guó)家建筑材料工業(yè)局于(0/0年發(fā)布了1#1"(2/0）3，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(00%年發(fā)布了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程4#5#6%/7

9、0"8+等。這些規(guī)程既給出了計(jì)算方法，也提供了構(gòu)造做法。目前我國(guó)鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)均以這些規(guī)程作為依據(jù)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，證明這些計(jì)算方法是合適的，構(gòu)造做法也是得當(dāng)?shù)?。根?jù)#5#6%/70"的規(guī)定，圓形截面鋼管混凝土柱的軸向承載力設(shè)計(jì)值!9與套箍指標(biāo)%有關(guān)，%的計(jì)算式為%:"&"!&!，!9的值等于核心混凝土的承載力乘上一個(gè)提高系數(shù)（(<!<!），規(guī)程要求套箍指標(biāo)%限制在")*=*)"之間，按此計(jì)算，當(dāng)不考慮細(xì)長(zhǎng)比和偏心率影響時(shí)，鋼管混凝土柱的總承載力是核心混凝土部分承載力的()/=+),倍，大小取決于鋼管

10、的壁厚，當(dāng)取鋼管直徑與其壁厚之比(:,"時(shí)，則提高系數(shù)約為%)3，即鋼管混凝土柱的截面僅為普通鋼筋混凝土柱截面的3%>，可見(jiàn)對(duì)縮小柱截面的效果是十分顯著的。%)%異型截面柱鋼管混凝土柱采用圓形截面雖然是最合理的，但從建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要來(lái)看?不可能千篇一律都是圓柱，總有需要用到其它截面形式的情況，如建筑平面不希望有凸出的圓弧，逆作法施工地下室時(shí)，支承筒體部分的地下支柱將來(lái)與實(shí)際筒體墻的結(jié)合需要等。根據(jù)鋼管混凝土柱的受力機(jī)理，若鋼管是由鋼板變形直線(xiàn)段組成的幾何圖形，由于直線(xiàn)段鋼板在核芯混凝土向外擠壓時(shí)有彎曲變形，削弱了對(duì)核芯混凝土的約束作用（圖*;），!鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)

11、程（規(guī)程建議值）%&&%年月第期廣東土木與建筑345%&&%56(影響軸向抗壓能力的提高。對(duì)方鋼管混凝土柱鋼板變形減小所做的試驗(yàn)表明!，方鋼管對(duì)核芯混凝土的約束雖不如圓鋼管，但仍有很好的效果"!。在廣州約束拉桿新中國(guó)大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，&圖"鋼板變形變化示意圖不但要用到方形和矩形，還要用到#形和$形截面的柱。為了更好地提高這類(lèi)型柱的承載能力，提出了對(duì)異型截面鋼管按一定間距設(shè)置拉桿以約束直線(xiàn)段鋼板的彎曲變形，形成所謂帶約束拉桿異型鋼管混凝土柱%，&（圖!），并對(duì)這種柱進(jìn)行了理論分析和構(gòu)件試驗(yàn)。研究結(jié)果表明%，帶約束拉桿的異型截面鋼管

12、混凝土柱，外包鋼管和核芯混凝土能牢固地結(jié)合，協(xié)調(diào)變形并共同工作，由于約束拉桿對(duì)直線(xiàn)段鋼板變形的約束，鋼管對(duì)核芯混凝土能起到較好的約束作用，使核芯混凝土的軸向承壓能力得以提高，其整體軸向承載力大于鋼管和核芯混凝土各自承載力的簡(jiǎn)單代數(shù)和，提高系數(shù)約在"()*)(%之間，隨板件寬厚比的減小，特別是拉桿間距的減?。醇用芾瓧U）而增加。上述研究結(jié)果表明：異型截面雖不如圓形截面好，但在工程有必要時(shí)還是可以采用的。新中國(guó)大廈地下室逆作法施工中，鋼筋混凝土核芯筒的地下臨時(shí)支承用的就是這種柱（圖+），地下室施工時(shí)補(bǔ)上所缺的墻段就成為完異型鋼管混凝土柱整的筒體。該建筑上部的公寓和住宅，為避免柱外凸，也采

13、用了小型的異型柱。不過(guò)上述應(yīng)用和研究都還是初步的，對(duì)其承載力的計(jì)算方法和構(gòu)造處理，尚后補(bǔ)鋼管混凝土墻需繼續(xù)探討。圖!異型鋼管混凝土柱應(yīng)用示例)(!其他形式的柱利用鋼管混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中還創(chuàng)造了一些其他形式或作用的柱型。介紹下面幾種：!鋼管混凝土核芯柱提高普通鋼筋混凝土柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)是縮小柱截面的方法之一，但當(dāng)提高到,&-或,.-時(shí)，由于高強(qiáng)混凝土脆性大，使構(gòu)件延性差，軸壓比控制更嚴(yán)，達(dá)不到縮小柱截面的效果。為此提出了在高強(qiáng)混凝土柱的核心處設(shè)置直徑較小的鋼管混凝土芯柱（直徑約為柱截面邊長(zhǎng)的"!）（圖/）。試驗(yàn)表明：高強(qiáng)混凝土核芯柱柱配置了鋼管混凝土核芯柱后，除承載

14、力有所提高外，其延性明顯提高，破壞屬于延性破壞，增強(qiáng)了柱斷面的抗剪能力，柱的承載能力可提高"-0*"/0，圖#核芯柱由于鋼管通過(guò)節(jié)點(diǎn)區(qū)而提高了節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的抗剪能力。實(shí)踐還證明，由于芯柱尺寸較小，使節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁柱配筋構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單。"鋼管混凝土疊合柱疊合柱的形式與上述的核芯柱完全一樣（圖%），所不同的后疊合是通過(guò)改變施工工序來(lái)改善其受力狀況以達(dá)到最佳效果。做法是：安裝核芯鋼管!澆灌管內(nèi)混凝土!以它作為支柱安裝圖$疊合柱樓層模板!施工若干層樓蓋（要在柱邊處留后澆孔）。當(dāng)核芯柱承擔(dān)的軸力達(dá)到其設(shè)計(jì)軸力的"+*"!時(shí)，澆灌外圍混凝土使之疊合成整體。這樣

15、做的目的是人為地使核芯柱承擔(dān)較多的軸壓力，從而降低外圍混凝土的壓應(yīng)力水平（外圍混凝土一般承擔(dān)柱總軸力的"左右）；核芯柱受外圍鋼筋混凝土部分的約束，可不考慮長(zhǎng)細(xì)比和荷載偏心率的影響，承載能力高；外圍鋼筋混凝土部分承擔(dān)軸力小，基本不受軸壓比控制。試驗(yàn)表明，疊合柱與普通鋼筋混凝土柱相比，在水平力作用下，其延性系數(shù)可提高!-0*&-0。這種柱的受力狀態(tài)是合理的，用材也較省，但增加了施工的工序和難度，一般只宜用于底部的部分樓層。#復(fù)合型鋼管混凝土柱復(fù)合型鋼管混凝土柱有：$在鋼管混凝土柱內(nèi)再布置型鋼（圖&1，&），其承載力可以在原有鋼管混凝土柱的基礎(chǔ)上再得到提高，主要用于

16、柱截面受到限制而又必須承擔(dān)大荷載的情況。%用雙重鋼管"&（圖&2），主要用于對(duì)已有鋼管混凝土柱的補(bǔ)強(qiáng)和避免使用過(guò)厚鋼板的情況。上述各種復(fù)合形式，除特殊情況外，一般很少使用。/&%&年$月第$期容柏生：高層建筑中的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)./0&%&01$!鋼管混凝土柱的梁柱節(jié)點(diǎn)鋼管混凝土柱應(yīng)用中，作為柱本身已經(jīng)比較成熟，但除了柱自身外，還有它與樓蓋的連結(jié)問(wèn)題。柱通常都直接支承樓蓋的梁（主梁、框架梁、轉(zhuǎn)換梁等），因此鋼管混凝土柱與樓蓋的連結(jié)基本上是梁柱節(jié)點(diǎn)問(wèn)題（當(dāng)鋼管混凝土柱支承無(wú)梁樓蓋時(shí)例外）。這個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該把梁與柱在該處結(jié)合為一個(gè)整體，具有

17、足夠的剛性和強(qiáng)度，傳遞和協(xié)調(diào)被連接桿件的變形和內(nèi)力，作為抗震需要，還要有足夠的強(qiáng)度、剛度和延性，使其破壞晚于被其連結(jié)的桿件。按照目前的做法，鋼管混凝土柱是豎向貫通的，其自身的連續(xù)性和軸向力、剪力和彎矩的傳遞不成問(wèn)題。但由此梁卻不能穿越柱，因此如何在節(jié)點(diǎn)處把梁連結(jié)到柱就成為節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的主要考慮?，F(xiàn)行有關(guān)規(guī)范雖已提出了一些基本的構(gòu)造形式!，"，但隨著高層建筑的發(fā)展，特別是變化多樣的結(jié)構(gòu)布置和新結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)，那些節(jié)點(diǎn)形式已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要。為此，不少設(shè)計(jì)和研究單位都先后提出了許多不同形式的新型節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，而且多數(shù)都將之應(yīng)用到實(shí)際工程中。目前已被應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)形式可以說(shuō)是多色多樣

18、，下面僅就主要類(lèi)型作一扼要介紹。#$%與鋼結(jié)構(gòu)連結(jié)的節(jié)點(diǎn)當(dāng)鋼管混凝土柱支承鋼結(jié)構(gòu)樓蓋時(shí)，其節(jié)點(diǎn)屬于鋼與鋼的連結(jié)，構(gòu)造上比較簡(jiǎn)單。典型的做法是用焊于鋼管上的連接腹板（或下牛腿）和加強(qiáng)環(huán)與鋼梁連結(jié)!，"（圖&）。這是規(guī)程()*&+,-提供的方法。加強(qiáng)環(huán)有上環(huán)和下環(huán)，用于傳遞彎矩；連接腹板用于傳遞剪力，它可以是穿心的或不穿心的，前者便于澆灌管內(nèi)混凝土，但會(huì)造成鋼管的附加應(yīng)力，而后者則相反。這種節(jié)點(diǎn)適應(yīng)性很強(qiáng)（包括梁平面布置!標(biāo)高和截面變化），傳力明確而可靠，可通過(guò)計(jì)算保證其強(qiáng)度，剛度也很好，但用材較多且制作較困難。圖#用加強(qiáng)環(huán)和連接板連結(jié)鋼梁示意2深圳市的賽格廣場(chǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)通

19、過(guò)試驗(yàn)研究，提出了幾種新的節(jié)點(diǎn)做法%，意圖采用單一構(gòu)件同時(shí)傳遞彎矩和剪力以使構(gòu)件簡(jiǎn)化。其形式有加勁錨肋板和內(nèi)加強(qiáng)環(huán)等（圖,）。這兩種節(jié)點(diǎn)比規(guī)范提供的方法構(gòu)造簡(jiǎn)單，但梁的內(nèi)力主要通過(guò)鋼管混凝土柱來(lái)傳遞。這些節(jié)點(diǎn)已被用于賽格廣場(chǎng)，效果很好。加勁錨肋板內(nèi)加強(qiáng)環(huán)鋼梁連接段鋼梁連接段內(nèi)加強(qiáng)環(huán)加勁錨肋板鋼梁連接段鋼梁連接段"加勁錨肋板式#內(nèi)加強(qiáng)環(huán)式圖"與鋼梁的連結(jié)以上幾種節(jié)點(diǎn)形式均經(jīng)理論和試驗(yàn)研究，且已用于實(shí)際工程，是行之有效的形式。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)高層建筑而又采用鋼管混凝土柱的為數(shù)尚不多，因此沒(méi)有發(fā)展更多新的節(jié)點(diǎn)形式。#$*與鋼筋混凝土樓蓋連結(jié)的節(jié)點(diǎn)鋼管混凝土柱支承鋼筋混凝土樓蓋時(shí)，由于它

20、支承的梁既有混凝土也有鋼筋，構(gòu)造上比較復(fù)雜，而且可能的形式亦較多。在工程實(shí)踐過(guò)程中，不少設(shè)計(jì)和研究單位提出了各種不同形式的連結(jié)方法，而且大多數(shù)都進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，不少已用于實(shí)際工程。綜合起來(lái)大概有下面幾種%-（為了統(tǒng)一和區(qū)分，本文中各種節(jié)點(diǎn)的命名為筆者按形式給予的，與原創(chuàng)作者的命名或其他文獻(xiàn)的提法不一定相同，而對(duì)各種節(jié)點(diǎn)的看法亦僅為筆者個(gè)人的觀(guān)點(diǎn)）。!變梁寬式和雙梁式這兩種節(jié)點(diǎn)主要采取避免鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱的梁寬放大直接連結(jié)。變梁寬式"（規(guī)范提供的形式，圖%-）是把梁在靠近鋼管處的梁寬加大，梁的鋼筋從鋼管邊繞過(guò)，另暗牛腿加焊于鋼管的短牛腿（可位于梁底或梁內(nèi)）作為支承。雙梁

21、式"明牛腿（規(guī)范提供的形式，圖$%變梁寬式節(jié)點(diǎn)#%#年!月第!期廣東土木與建筑()#%#)*+!圖!）是把原來(lái)正雙梁對(duì)鋼管柱的梁分成兩根分別位于柱兩側(cè)的梁，同樣另加牛腿作支承。這兩種節(jié)點(diǎn)均只需在鋼管焊上牛腿，制作簡(jiǎn)單，避免暗牛腿了梁與柱的直接連結(jié)，樓蓋施工與普通鋼筋混凝土樓蓋明牛腿無(wú)異，這是它的最圖!雙梁式節(jié)點(diǎn)大優(yōu)點(diǎn)，但卻有一定的適用條件：變梁寬式適用于鋼管混凝土柱的直徑較小而梁鋼筋又不多的情況；雙梁式則需要建筑平面和結(jié)構(gòu)布置的配合。另外，短牛腿若不穿心則會(huì)使鋼管增加豎向應(yīng)力并且易把鋼管向外撕破，而穿心又會(huì)影響鋼管內(nèi)混凝土的澆灌。!穿心鋼牛腿式用型鋼穿過(guò)鋼管（工字鋼或雙槽鋼，管內(nèi)一段

22、割去部分翼緣）并焊牢，形成由鋼管伸出的牛腿，梁的鋼筋焊于牛腿上（圖!"）。澆灌梁混凝土后，鋼牛腿是暗藏的。這種節(jié)點(diǎn)把鋼筋混凝土梁的內(nèi)力全部傳給鋼牛腿，而鋼牛腿又與鋼管成整體，受力明確而可靠，適應(yīng)性又強(qiáng)，外觀(guān)與普通鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)無(wú)異。缺點(diǎn)是制作相當(dāng)麻煩（包括管內(nèi)施焊），穿心的牛腿影響管內(nèi)混凝土的澆灌，梁鋼筋與牛腿現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量和難度大，近期采用的工程似不多。"半穿心鋼牛腿式!"半穿心鋼牛腿式節(jié)點(diǎn)有配合雙梁的和配合單梁的兩種。#雙梁節(jié)點(diǎn)用#個(gè)半穿心抗剪短牛腿（牛腿插入鋼管內(nèi)的長(zhǎng)度約為鋼管直徑的!#），另加#個(gè)不穿心輔助抗彎短牛腿，#根梁所形成的圍繞鋼管的鋼筋混凝

23、土輔助抗彎牛腿穿心鋼牛腿梁鋼筋均穿心鋼牛腿焊于牛腿半穿心牛腿半穿心牛腿圖!#穿心鋼牛腿式示意圖圖!"雙梁節(jié)點(diǎn)示意圖方塊形成剛性節(jié)點(diǎn)承擔(dān)和傳遞內(nèi)力（圖!$）。這種節(jié)點(diǎn)和上述規(guī)范提供的雙梁節(jié)點(diǎn)基本相同，只是牛腿做法有差別，它比較好地解決了不穿心或全穿心牛腿的缺點(diǎn)。輔助抗彎短牛腿有減小梁跨從而減小梁內(nèi)力和變形的效果，還推遲了鋼管與周?chē)炷灵g的裂縫的發(fā)展。$單梁節(jié)點(diǎn)沿梁軸線(xiàn)設(shè)半穿心半穿心長(zhǎng)牛腿鋼牛腿，使其強(qiáng)度足以承擔(dān)梁傳來(lái)的內(nèi)力，而長(zhǎng)度則滿(mǎn)足梁縱向受力鋼筋的錨固長(zhǎng)度，圍繞鋼管設(shè)加強(qiáng)環(huán)剛好覆蓋各牛腿的鋼筋半穿心長(zhǎng)牛腿混凝土方塊形成剛性節(jié)點(diǎn)（圖!#），樓蓋施工時(shí)，梁的鋼筋與牛腿搭接，不必施焊。

24、圖!$單梁節(jié)點(diǎn)示意圖%雙單梁節(jié)點(diǎn)將上述雙梁和單梁兩種節(jié)點(diǎn)混合使用以適應(yīng)同時(shí)有雙梁和單梁的特殊結(jié)構(gòu)布置。半穿心牛腿式節(jié)點(diǎn)能做到節(jié)點(diǎn)制作時(shí)沒(méi)有管內(nèi)施焊，不影響管內(nèi)混凝土澆灌，不需現(xiàn)場(chǎng)施焊等，極大地方便施工。經(jīng)理論分析和足尺構(gòu)件靜力及低周反復(fù)試驗(yàn)，證明節(jié)點(diǎn)整體性好，單梁節(jié)點(diǎn)中鋼筋混凝土梁與鋼牛腿的搭接過(guò)渡區(qū)傳力可靠，破壞是在節(jié)點(diǎn)區(qū)以外。節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布方面，單梁的遠(yuǎn)較雙梁的簡(jiǎn)單而明確。這些節(jié)點(diǎn)曾在同一工程中同時(shí)使用，均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。但實(shí)踐表明，雙梁節(jié)點(diǎn)剛性區(qū)內(nèi)鋼筋互相穿插而密集，澆灌混凝土較困難，而單梁節(jié)點(diǎn)施工方便，受力簡(jiǎn)單明確，適應(yīng)性強(qiáng)，遠(yuǎn)優(yōu)于前者。&鋼環(huán)錨固梁縱筋式!%圍繞鋼管設(shè)鋼筋

25、混凝土方塊以傳遞梁內(nèi)力，在鋼管外側(cè)設(shè)小牛腿，既作抗剪用，又用以架設(shè)鋼環(huán)以錨固梁的縱筋（圖!&）。鋼環(huán)有"種，#是用鋼筋環(huán)，此時(shí)梁的縱筋垂直彎入環(huán)內(nèi)，$是用鋼板環(huán)，此時(shí)梁的縱筋端頭開(kāi)絲牙，穿過(guò)環(huán)板后用螺帽固定。這種節(jié)點(diǎn)主要靠混凝土方塊傳遞梁的內(nèi)力，牛腿承擔(dān)剪力，而鋼環(huán)則起錨固梁縱筋的作用（也參與剪力傳遞），據(jù)經(jīng)按軸力及水平雙向低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，證明它滿(mǎn)足抗震要求。這種節(jié)點(diǎn)無(wú)穿心構(gòu)件，制作尚較簡(jiǎn)單，亦無(wú)現(xiàn)場(chǎng)焊接。但用鋼板環(huán)時(shí)需對(duì)梁鋼筋端頭刻絲牙且現(xiàn)場(chǎng)套死母，增加施工一定難度。,%&&%年"月第"期容柏生：高層建筑中的鋼管混凝土柱及其節(jié)點(diǎn)-8+%

26、&&%+$"鋼筋（板）環(huán)小牛腿環(huán)梁鋼筋鋼筋環(huán)鋼筋環(huán)環(huán)梁小牛腿抗剪環(huán)筋圖"#鋼環(huán)錨固式節(jié)點(diǎn)圖"$環(huán)梁節(jié)點(diǎn)示意圖!鋼筋混凝土環(huán)梁式!"圍繞鋼管設(shè)一鋼筋混凝土環(huán)梁以傳遞內(nèi)力，在鋼管外側(cè)位于環(huán)梁中部或靠近底部貼焊一或兩根環(huán)形鋼筋作為抗剪環(huán)即形成節(jié)點(diǎn)（圖!#），樓蓋梁嵌入環(huán)梁，其鋼筋則全部錨入環(huán)梁內(nèi)。這種節(jié)點(diǎn)的傳力方式是：梁的剪力傳至環(huán)梁后，通過(guò)環(huán)梁與鋼管間的粘結(jié)力、摩擦力和抗剪環(huán)傳給鋼管柱，梁的彎矩則由環(huán)梁承擔(dān)并自行平衡或傳至鋼管柱。其中剪力傳遞直接且均勻，但彎矩傳遞則比較復(fù)雜，要由環(huán)梁去消化，因而環(huán)梁的內(nèi)力非常復(fù)雜。據(jù)對(duì)這種節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行的試驗(yàn)表明，只要環(huán)梁有足夠的強(qiáng)度就能達(dá)到剛性節(jié)點(diǎn)的要求并傳遞各種內(nèi)力，受力到一定程度后，雖有裂縫產(chǎn)生，但發(fā)展緩慢而破壞裂縫則出現(xiàn)在環(huán)梁與被支承梁的交接處。這種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，除在鋼管外側(cè)貼焊鋼筋環(huán)（工廠(chǎng)加工）外，其他一切均屬鋼筋混凝土樓蓋工程。由于節(jié)點(diǎn)是環(huán)型，對(duì)樓蓋結(jié)構(gòu)布置的適應(yīng)性很強(qiáng)，能解決邊柱、角柱和樓蓋梁非正交等情況。存在的問(wèn)題是：被支承的梁均與環(huán)梁垂直相交，內(nèi)力傳遞路線(xiàn)轉(zhuǎn)變突然造成內(nèi)力復(fù)雜，連結(jié)亦似較薄弱。此外，由于環(huán)梁受力復(fù)雜，如何計(jì)算以保證它的強(qiáng)度也需進(jìn)一步研究。!結(jié)束語(yǔ)通過(guò)大量的工程實(shí)踐，鋼管混凝土柱在高層建筑中的應(yīng)用，在原有的基礎(chǔ)上有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)