型钢混凝土柱连接圆钢管混凝土柱节点设计.pdf

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1、规划与设计建材与装饰2016年3月型钢混凝土柱连接圆钢管混凝土柱节点设计张达明杜嘉斌（广州市住宅建筑设计院有限公司广东广州510623）摘要:钢管混凝土柱与型钢混凝土柱,能否在同一个项目中使用并充分发挥各自的优点,二者的连接节点设计是关键.其可以参考钢管混凝土的柱脚节点采用端承式和埋入式.通过手工计算和ANSYS有限元模拟的方式复核端承式连接方式可满足规范要求；对于埋入式连接方式,采用有限元模拟结果显示其节点受力性能优于前者.在施工上,端承式连接方式优于埋入式.关键词:钢管混凝土柱；型钢混凝土柱；节点；ANSYS中图分类号：TU398.9文献标识码：A文章编号：1673-003

2、8（2016）12-0118-031引言下性能水准为中度损坏（宜抗剪不屈服、抗弯不屈服）。故本文仅型钢混凝土柱与圆钢管混凝土柱，做为两种受力性能较好的列出小、中震的内力情况（如图3）。竖向结构单元，目前已广泛应用于超高层结构中。两种技术随着时间的推移已日趋成熟。两种技术相比各有优缺点：型钢混凝土柱有很好的抗弯、抗剪性能，而且有很好的延性；但其同等条件（等面积）下的受压性能不如圆钢管混凝土柱，同时建筑立面效果及空间的使用效果欠佳；另外，由于其仍需要每层绑扎柱钢筋并浇筑混凝土，其施工便利性一般。而圆钢管混凝土柱，由于核心区混凝土为三向受力，在同等条件下有很高的竖向承载力和图2很好的

3、延性；同时其建筑立面、空间效果均较好，且施工方便；但其受弯、受剪性能不如型钢混凝土柱。实际工程中是否需要将两种技术同时使用，答案是肯定的。富力天盈广场C1栋（地上39层，地下4层，主体高度175m，建筑总高度183.9m，采用钢管混凝土柱框架-筒体结构体系，在7层楼面存在局部转换）就同时采用了两种技术，并充分发挥二者的优点（如图1所示）。这样，型钢混凝土柱转换成圆钢管混凝土柱的节点成为关键。目前国内外对这种节点的相关资料较少，本文介绍该节点的设计过程图3供同行参考。表1地震水准多遇地震设防地震工况内力N（kN）5098062505NmaxM（kN·m）16832171N（kN）

4、196628654NminM（kN·m）715246N（kN）4558858864Mmax/VmaxM（kN·m）18952983V（kN）514810构件关系构件内型钢与钢管关系图13钢管混凝土柱与型钢混凝土连接节点计算2节点几何与受力情况3.1节点形式的选择现行规范中并未有钢管混凝土柱与型钢混凝土柱的连接节下部型钢混凝土转换柱及上部圆钢管混凝土柱尺寸如图2点做法。但作者认为可将下部型钢混凝土做为钢管混凝土柱的所示，从图2中可以看出，为保证下部型钢与钢管柱受力的连续基础考虑，这样二者连接节点的做法就可以参考钢管混凝土的性，我们将型钢位于钢管柱投影范围内的十字钢骨在钢管柱内柱脚

5、进行设计。钢管混凝土的柱脚根据其受力情况分为端承式向上延伸2m。由整体模型中提取的钢管柱顶的内力如表1所示。这里需要特别说明一下，根据文献[1]的要求，钢管柱及型钢柱属和埋入式，现根据表1的内力情况分析钢管混凝土柱脚受力情况如表2所示。于关键构件，需要达到小震、中震弹性的相关性能水准，而大震·118·2016年3月建材与装饰规划与设计表2A0.25×π×13502β=b==1.23工况应力小震中震l2A√0.25×π×1100√lσ（NMPa）60.574.2A=A-A=0.25×π×11002-94300=855550mm2lnlaNmaxσmax（MPa）75.994.23

6、.3.2柱脚环板局部受压验算σmin（MPa）45.154.2根据《钢管混凝土结构技术规范》[2]7.4.5条：σ（NMPa）23.310.3Nminσmax（MPa）29.912.6N1≤π（D-2t）（t+3.5h）β2fcσmin（MPa）16.78.0N=19882kN1σ（NMPa）54.169.9≤π（1100-2×32）（32+3.5×32）2×27.5Mmaxσmax（MPa）71.527.3σmin（MPa）36.742.6=25777kNNNM注：表中应力分别按轴压、压弯计算计算：σ=σMax，min=±4钢管混凝土柱与型钢混凝土连接节点的有限AAW从表2中

7、可以看出，无论是何种地震水准，何种工况，钢管柱元计算底均未出现拉应力的情况，故可采用端承式柱脚做法。受力性能的有限元分析采用大型通用有限元程序ANSYS进3.2端承式柱脚的受剪验算行数值模拟。受剪验算根据规范[2]钢管混凝土柱脚受剪计算公式：4.1模型材料参数及结构构造V≤0.4NB+1.5ftAcl+0.58fAw混凝土采用C60，钢管及十字钢骨采用Q345B，具体尺寸及式中若不考虑上下贯通混凝土和柱受压的作用，仅将十字钢连接关系详图1~3。骨做为抗剪件验算如下：4.2单元及模型0.58f