沈佳星
（宝钢工程技术集团宝钢建筑系统集成有限公司，上海201900）
摘 要：目前很多高层钢结构的地下室采用钢骨混凝土柱和钢筋混凝土梁的结构体系，由于地下室通常都存在钢筋混凝土梁板、剪力墙、地下室外墙，这些混凝土构件与钢骨混凝土柱的连接做法往往较为复杂，尤其是混凝土粱纵向钢筋在梁柱节点处的锚固、钢骨柱的垂直度控制等问题。对这种结构体系的各类节点的受力特点和构造进行深入分析并不断改进，通过在钢骨柱侧面设置牛腿以及在地下室顶板处设置拉结钢梁分别解决了混凝土梁纵向钢筋的锚固问题和钢骨柱的垂直度问题。
关键词：钢骨混凝土柱；梁柱节点；地下室DOI:10. 13206/j,gjg201604013
1概述
目前国内很多钢结构高层建筑中，上部结构的框架柱采用箱形柱的情况比较常见，为了保证竖向受力构件的连续性，一般将上部结构的框架柱一直向下延伸至地下室底板，并且在地下室钢柱外侧包覆钢筋混凝土保护层以形成劲性柱，地下室顶板及楼面通常采用传统的钢筋混凝土梁板体系，而钢筋混凝土框架梁与劲性柱的连接节点通常是实际施工中较难处理的部位，笔者通过近年来参与的几个高层钢结构公共建筑项目，对此类地下室的梁柱节点、柱脚节点、剪力墙与钢骨混凝土柱连接节点及现场施工的若干注意问题进行简要介绍。
2 地下室梁柱连接节点构造
设置有地下室的多高层钢结构建筑一般采用传统的现浇钢筋混凝土梁柱结构体系，区别只是在上部结构投影范围内的地下室框架柱内还有从上部结构延伸下来的钢框架柱作为地下室框架柱截面的一个组成部分，其实质是钢骨混凝土柱，柱子内的型钢截面一般为箱形截面或者十字形截面（图1），框架梁为现浇钢筋混凝土框架梁。由于地下室框架柱内含有型钢骨，框架梁内的上、下部纵向钢筋由于钢骨的阻挡无法穿越框架柱，所以为了解决梁纵向钢筋的锚固问题，需要在柱子内的型钢骨上设置供纵向钢筋锚固的连接构件。由中国建筑标准设计研究院编制的04SG519《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》中提供了钢筋混凝土梁与钢骨混凝土柱的连接构造（图2），此节点中型钢柱为十字形截面，位于十字柱翼缘宽度内的梁纵向钢筋直接焊接在钢骨的牛腿上，牛腿截面为H型钢，其上翼缘的顶面和下翼缘的顶面分别供梁上、下部钢筋进行焊接锚固；在钢骨柱翼缘宽度以外的梁纵向钢筋，则可以穿越钢骨柱的十字腹板而贯通，钢骨柱的十字腹板上需预先在工厂制作时开设穿筋孔。
笔者在设计东北某项目时采用了这种节点构造，但是该节点在钢骨内设置的牛腿腹板和翼缘分别干扰了框架柱核心区箍筋和柱纵向钢筋的排列布置。由于牛腿腹板的存在，框架柱核心区的箍筋难以贯通，由于核心区的箍筋对于节点的延性起着至关重要的作用，而现场在牛腿腹板上开设穿筋孔又存在施工比较粗糙的问题，所以不得不采用把核心区箍筋分成4片，每片箍筋呈L形，端部分别弯折15d焊接在牛腿腹板的做法，这种做法在一定程度上增加了施工单位额外的现场焊接工作，也不利于施工质量的控制。而牛腿的翼缘则一定程度上影响到柱纵向钢筋的排布，钢筋只能尽量布置在钢牛腿的两侧，柱内的纵向钢筋根数越多，则排布越受限制。
在此项目后，笔者在宝钢综合大楼项目中针对此节点进行了相应的改进（图3），为了保证框架柱核心区箍筋可以贯通，牛腿的腹板并不延伸到翼缘的端头，而是向后退55 mm，特意为箍筋留出穿越的空间，这样就有效解决了核心区箍筋受牛腿腹板阻挡而无法贯通的问题；在牛腿的上、下翼缘的端头挖出半圆形的凹槽，供柱子的纵向钢筋穿过。经过以上两点的改进，框架柱纵向钢筋和箍筋与牛腿在空间上的干涉问题基本得到解决。
钢骨柱上设置钢牛腿的做法基本上解决了钢筋混凝土梁纵向钢筋的锚固问题，但当混凝土梁的上部或下部钢筋为双排钢筋时，这种做法又出现了新的问题，即双排钢筋的锚固问题。在宝钢综合大楼项目中，双排钢筋要同时分别焊接在牛腿的上下翼缘各自的两个表面，第二排钢筋需要在现场进行仰焊作业。实际操作时需要在支模时将框架梁的两端留出一段，此部分的底模和侧面模板先不安装，以留出实施仰焊的操作面，待需要进行仰焊作业的钢筋焊接完毕后再将此部位的底模和侧模安装好。这种做法需要特别注意现场的仰焊质量，并且框架梁的支模会受到焊接工作的少许影响。
为了进一步解决双排钢筋的连接问题，宝钢建筑系统集成有限公司在某广州项目中采取了如下的改进做法，即在牛腿上翼缘的下表面预先焊接一段与纵向钢筋相同直径的短钢筋，短钢筋在远离钢骨的一段车螺纹，然后在现场用钢筋套管与纵向钢筋的中间段连接；下部钢筋中的第一排由于在实际受力中基本不受拉力，采用端部向上弯折15d贴焊在钢骨柱表面的做法，而第二排钢筋则仍旧采用直接焊接在下翼缘上表面的做法（图4）。上文提到的短钢筋在进行工厂钢结构制作时就预先焊接在钢牛腿上，这样可避免现场出现仰焊工作，框架梁的支模工作也不再受影响，简化了现场施工工序。
3 钢骨柱柱脚构造
钢骨柱的柱脚构造与外包式柱脚的构造相类似，需要特别注意的是，钢骨柱的柱脚底板尺寸要与地下室柱的截面尺寸相匹配，也就是说柱脚底板的大小要考虑到框架柱的纵向钢筋和箍筋的配置，因为框架柱的纵向钢筋一般采用插筋的形式预留在地下室底板上，在进行钢柱安装之前，底板上已经预留好框架柱的插筋，如果插筋与钢柱底板没有留出足够的空隙，则会影响到钢柱的安装，使钢骨柱无法落入由插筋围成的“钢筋笼”内，所以柱脚底板的大小应取值合适，柱脚锚栓的孔中心不宜离开钢骨柱外边缘过远。一般钢骨混凝土柱的外围混凝土部分的厚度为200 mm，柱脚底板的外伸宽度不宜超过140 mm。
4 地下室剪力墙、地下室外墙与钢骨混凝土柱的连接构造
当多高层钢结构的上部结构采用框架一支撑体系时，在柱间支撑所在位置相应的地下室内设置剪力墙，这样抗侧力构件可一直向下延续至基础底板。由于地下室框架柱为钢骨混凝土柱，剪力墙的水平钢筋可以进入框架柱内锚固（图5），水平钢筋在锚固时通常采用将端部水平弯折，弯折段直接与框架柱内的钢骨贴紧，弯折段与钢骨接触的部分采用焊接连接。在笔者设计的宝钢综合大楼项目中，地下室剪力墙则采用了内藏钢支撑剪力墙的做法，即在钢筋混凝土剪力墙中内藏了人字形H型钢支撑(图5)，由于钢支撑内含在钢筋混凝土剪力墙中，其长细比不必按照压杆进行控制。
地下室外墙的外边缘通常与地下室柱的外皮平齐，外墙外侧的水平钢筋可直接贯通，内侧的水平钢筋可有两种做法：一种是钢筋在钢骨处断开，断开处钢筋水平弯折后与钢骨表面焊接（图6）；另一种是地下室外墙在靠近柱子的位置做一小段水平加腋，使地下室外墙的内侧水平钢筋可以绕过钢骨而连续（图7）。另外需要指出的是，地下室外墙在地下室楼层及地下室顶板处通常设有暗梁，地下室柱内的钢骨也要在以上两处位置设置供焊接暗梁纵向钢筋用的钢牛腿。
5框架柱截面转换节点及地下室顶板做法
当上部钢框架柱采用箱形截面时，其在地下室的延伸部分可转换为十字形截面，因为地下室框架柱由混凝土和钢骨共同受力，在计算上钢骨部分没有必要取与上部结构相同的截面，故从节省钢材的角度可以将箱形柱转换为十字形截面，转换节点的位置可设置在距离地下室顶板以下约1.5 m的位置，十字形腹板深入箱形截面的长度需大于地下室顶板的框架梁梁高加200 mm的距离，十字腹板深入箱形柱的部分需采用专用的长臂焊接设备深入箱形柱内部焊接，当钢结构制作单位无此专用焊接设备时，也可以采用在箱形柱壁板上开槽，十字腹板略微外伸后插入槽内后焊接的做法。
很多地下室楼面和顶板采用的是传统的钢筋混凝土梁板体系，由于没有钢梁的存在，在进行地下室楼面的浇筑时，如不采取有效措施，钢柱会在浇筑楼板时因混凝土自重产生的侧推力作用而产生倾斜，而地下室钢柱的倾斜将严重影响到上部钢结构框架柱的安装，地下室钢柱的纠偏以及加固是一件相当繁琐的工作。为了避免出现此类问题，可以在地下室顶板的位置设置用于钢骨混凝土柱内的钢骨之间拉结的钢梁，钢梁可以永久地浇筑在钢筋混凝土框架梁内而不必拆除，钢梁的截面仅需要满足压杆的长细比要求，可不参与结构受力，这样地下室柱在施工时的倾斜度问题就得到了很好的解决。
6 结束语
多高层钢结构建筑地下室由于同时存在钢筋混凝土梁、剪力墙、地下室侧墙、钢骨混凝土柱等构件，各个构件之间的连接方式较为复杂，在进行连接节点的设计时不但要考虑节点在受力上的可靠性，也要顾及节点在现场施工时的实用性和便捷性，笔者通过实际项目的设计，也在不断探求更加可靠、施工更为方便的节点构造形式。
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