文档介绍：型钢混凝土柱连接圆钢管混凝土柱节点设计
广州市住宅建筑设计院有限公司广州 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,二者连接节点的设计是关键。其可以参考钢管混凝土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
1 引言
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很好的延性;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175米,,采用钢管砼柱框架-筒体结构体系,在7层楼面存在局部转换)就同时采用了这两种结构单元,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供同行参考。
2 节点几何与受力情况
下部型钢混凝土转换柱及上部圆钢管混凝土柱尺寸及连接关系如图2,3所示,从图中可以看出,为保证下部型钢与上部钢管柱受力的连续性,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向上延伸2米。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,而大震下性能目标为中度损坏(宜抗剪不屈服、抗弯不屈服)。故本文仅列出小、中震的内力情况。
3 钢管混凝土柱与型钢混凝土连接节点计算
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连接节点的做法。笔者认为,可将下部的型钢混凝土柱做为钢管混凝土柱的基础考虑,这样二者连接节点的做法就可以参考钢管混凝土的柱脚进行设计。钢管混凝土的柱脚根据其受力情况分为端承式和埋入式,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:
注:表中应力分别按轴压、压弯计算:
从表2中可以看出,无论是何种地震水准,何种工况,钢管柱底均未出现拉应力的情况,故可采用端承式柱脚做法。
端承式柱脚的受剪验算
受剪验算根据规范【2】钢管混凝土柱脚受剪计算公式
若不考虑上下贯通混凝土和柱受压的有利作用,仅将十字钢骨做为抗剪件验算如下:
可见钢管柱底剪力远小于其内十字钢骨的抗剪承载力。
端承柱脚的局部受压验算
十字钢骨在节点处上下贯通,钢管柱脚处有钢管、混凝土、十字型钢组成的组合截面变形协调满足平截面假定,则此3种