钢筋砼梁-钢管砼柱特殊节点环梁设计

程江鹏

摘要：某交通运输类建筑使用了钢管混凝土柱，梁柱节点采用RC环梁节点。本文在分析环梁的受力机理的基础上，提出了框架梁梁高或梁梁标高不同、与任意角度的框架梁连接时环梁节点的设计思路，以对其他类似工程提供参考。

关键词：钢管混凝土柱;钢筋混凝土环梁

1、概述

钢管混凝土（STCC）柱由于其优越的受力性能和良好的经济效益，已越来越多地用于多高层建筑。我国主要采用钢筋混凝土（RC）梁板楼盖，STCC柱与RC梁的连接是必须解决的关键技术之一。在工程实践中，STCC柱与RC梁连接方法不断创新，其中用RC环梁连接STCC柱和RC梁的节点具有诸多优点：

1）无穿心构件，不影响钢管内混凝土浇筑;

2）环梁钢筋笼可以在地面绑扎，钢筋笼无方向性，高空吊装就位方便，便于与任意角度的框架梁连接;

3）造价相对较低等。

近几年，我国在城市规划领域广泛开展铁路综合交通枢纽项目，由于其建筑形态多变和大空间等特点，也较多采用钢管混凝土柱梁板楼盖结构体系，基于环梁多样性及节点所处位置的不同，在环梁实际设计过程中，出现一些特殊节点，本文通过分析环梁的受力机理，对铁路综合交通枢纽工程设计中的特殊环梁提出设计思路，为其他类似工程的设计提供参考。

2、环梁受力机理

现行规范对建筑结构设计理念是“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”，梁柱节点的作用主要是传递梁柱之间的弯矩和剪力。

1）梁弯矩传递

环梁的环筋、箍筋形成骨架，共同受力将框架梁弯矩传递给钢管柱。框架梁端弯矩作用在节点处形成拉压力-该拉压力对节点而言是扭矩，由于环梁紧贴钢管砼柱，节点受扭引起的转动为有限转动，环梁内部扭矩将大幅减小。拉力由环梁的环筋、箍筋共同承担，压力由环梁的砼承担并传递给钢管砼柱上。

2）梁剪力传递

环梁节点主要靠三种方式将梁端剪力传递给钢管柱，其一通过抗剪环的局部受压、抗剪环与钢管间焊缝的受拉传递，其二通过环梁与钢管的摩擦力传递，其三“为梁端弯矩引起环梁上（或下）部挤压钢管混凝土柱而提供的静摩擦力”。

通过环梁受力机理的分析，可得出环梁主要的设计内容为三项：环筋、箍筋及抗剪环。其中环筋的配置主要受框架梁实配纵筋控制，抗剪环的配筋受框架梁剪力的控制，而箍筋的配置则同时受框架梁实配纵筋及剪力的控制。

3）规范计算方法

《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）附录D中钢筋混凝土梁-圆钢管混凝土柱的环梁节点配筋计算方法，环梁受拉环筋面积与框架梁端受拉钢筋面积成正比，环梁单肢箍筋面积在环筋箍筋材料等级、箍筋间夹角（弧度）γH和闭合箍筋计算系数相同的情况下，与框架梁端受拉钢筋面积成正比。

3、特殊环梁设计

由于工程的多样性，框架梁所处位置、跨度不尽相同，差别主要表现为梁高或梁标高不同、与任意角度的框架梁连接，以下介绍不同情况下环梁的设计思路。

1）框架梁梁高或梁梁标高不同

分析环梁环筋的受力机理，发现环梁主要是承担框架梁弯矩在梁上（或下）截面产生的拉力。本文认为对节点周边梁高或梁标高相差较大，应针对框架梁底部钢筋所处的不同位置分别配置环筋，即每处框架梁的底筋对应一道环筋（如图2）。环梁底筋与框架梁底筋沿梁高距离一般为50mm，故建议当框架梁梁高高差或高差大于200mm时，采用本文方法进行环梁设计，环梁各层底筋与框架梁底筋间距能保证不小于100mm，环梁砼的浇筑质量也能较好的保证，否则建议框架梁梁高取为一致或调整结构高差位置。

2）与任意角度的框架梁连接

本节采用三维有限元分析软件对与任意角度的框架梁连接的环梁节点进行受力分析。环梁的混凝土等级为C35，纵筋和箍筋均采用HRB400等级，计算采用相应的拉压强度设计值，具体计算模型参数及计算结果如下图表。

4、结论

1）环梁单侧受拉时，环梁钢筋最大应力为376MPa，方向平行于悬臂梁方向，与正交（四向）受拉情况钢筋受拉应力基本相同。因此，现阶段按照规范的设计方法是可靠的。

2）环梁钢筋应力分布从内而外递减，设计时可考虑分区域配筋，对环梁内侧至1/2悬臂梁宽范围的配筋进行加强。（如下图）

3）随着框架梁间斜交的角度减小，环梁钢筋应力不断增大，同时框架梁内的鋼筋的偏拉现象越发明显，设计时应考虑此现象，在框架梁端两侧配置一定数量的受扭腰筋，且应适当增大环梁的配筋。

本文通过框架梁梁高或梁梁标高不同、与任意角度的框架梁连接时环梁节点进行分析，对其他类似工程提供参考。

参考文献：

[1] GB50936-2014，钢管混凝土结构技术规范 [S].

[2] 方小丹，黄圣钧，李少云，钱稼茹，周栋梁.RC梁-圆钢管混凝土柱梁节点环梁承载力设计方法. .建筑结构学报，2008年.

[3] 黄昱，黄圣钧，李少云，钱稼茹，周栋梁.RC梁-圆钢管混凝土柱梁节点环梁承载力设计方法. .建筑结构学报，2008年.