钢筋混凝土柱一钢梁空问组合框架节点的研究状况 熊礼全，门进杰 （西安建筑科技大学，陕西西安７１００５５） 【摘要】钢筋混凝土柱一钢梁组合框架是一种新型结构体系，充分应用材料各自的优点，是一种低成 本、高效率的结构体系。目前，国外对此节点体系的研究成果主要集中在平面节点，对空间节点的研究比较 缺乏。然而，实际工程中，构件往往是在空间作用下破坏的。文章系统地介绍了空间ＲＣＳ组合节点国内外的 研究现状，为空间节点的设计提供参考。最后，指出空间ＲＣＳ组合节点研究存在的问题和今后的发展趋势。 【关键词】钢筋混凝土柱一钢梁； 空间组合节点；抗震性能 【中图分类号】ＴＵ３９８ ．９ 钢筋混凝土柱一钢梁组合框架结构（简称ＲＣＳ组合框 架）是一种新型结构形式。由于该结构具有充分利用建筑材 料、承载力高、施工速度快、节约资金等优点，在美国和日本 得到较广泛的应用…。相对钢框架而言，ＲＣＳ组合框架具有 【文献标志码】Ｂ 较大的结构阻尼、层间刚度，且造价较低，耐火性能好；而与 混凝土框架相比，ＲＣＳ组合框架可明显减轻结构自重，降低 结构层高、增大结构跨度，而获得更大的使用空间。 目前对ＲＣＳ组合节点的研究主要集中在平面节点，即 梁、柱构件处于同一个竖向平面内。然而，实际工程中，地震 作用和结构的地震反应往往是的，梁一柱节点往往是在 （ａ 交叉粱节点 弯矩、剪力、轴力等复合作用下破坏的。所以，单一的考 虑平面内的节点破坏不能完全地反映梁一柱节点的实际受 力状态，需要从空间上更加全面的且符合构件实际受力状态 进行相应的进行节点研究。 —、 夏 ＶｉｌＩ ／丽 螽｝ Ｉｌ ¨． １ 国外ＲＣＳ空间组合节点的研究状况 ＲＣＳ组合框架体系首先在美国得到广泛的应用，为了更加 全面地了解该体系的受力性能，研究者做了关于ＲＣＳ空间组合 节点一系列试验。１９９９年，美国Ｔｅｘａｓ Ａ＆Ｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｅ２］完成 了六个“梁贯通型”ＲＣＳ空间组合节点的研究，重点考虑了反 复荷载作用下混凝土楼板和交叉梁对节点的受力机理、破坏 模式、抗震性能等相关受力性能的影响。此试验为组合节点 在有混凝土楼板作用下对节点性能的影响提供了有效的试 验数据，同时也验证了在中低层框架结构体系中加入小型钢 对加快施工的积极作用。同年，Ｊｏｓｅｐｈ等 对ＲＣＳ组合结 ｌ ：。 重 《 ＼ Ｉ ， ＼ 承板 ｌ 一 横 （ｂ）带楼板的节点 图１ 空间节点 点受力的影响。该试件以“强柱弱梁”为设计依据，并且以变 形控制节点破坏。研究内容包括节点变形、破坏形式、滞回 性能、型钢应力、节点转动等。试验表明，带楼板的ＲＣＳ空间 组合构件具有良好的抗震性能，梁的转动引起的变形占楼层 转动的６０％左右。２００５年，Ｃｈｉｎ—Ｔｕｎｇ Ｃｈｅｎｇ等 完成了 构体系的抗震性能进行了研究，为满足ＲＣＳ组合框架体系的 抗震要求，对ＲＣＳ空间组合节点中梁、柱、节点的构造要求提 出相应的建议，从而指导节点设计。 三个足尺的ＲＣＳ空间节点试验，考虑了混凝土楼板的作用， 节点参见图１（ｂ）所示。研究内容包括节点变形、节点承载 ２０００年，Ｊｏｓｅｐｈ等 完成了六个ＲＣＳ空间组合节点在 低周反复荷载作用下的试验，其中有五个中节点，一个边节 点。节点参见图１（ａ）所示。试验主要考虑了不同的构造措 施对空间节点受力性能的影响，研究发现，只要有适当的构 造措施，ＲＣＳ空间组合构件具有良好的抗剪承载力、延性和 耗能能力等。２００４年，Ｘｕｅｍｅｉ Ｌｉａｎｇ等 完成了四个空间节 点试验，两个中节点和两个边节点，考虑了混凝土楼板对节 ［定稿日期］２０１３—１２—１７ ［基金项目］国家自然科学基金青年科学基金（ ５１００８２４４，５１１０８３７０）；陕西省教育厅专项科研基金 （２ｏ１３ＪＫ０９８２）。 ［作者简介］熊礼全（１９８８～），男，在读硕士研究生，主 要从事ＲＣＳ组合结构抗震性能研究。 四川建筑第３４卷４期２０１４．０８ ｌ５ｌ ・工 程 结 构・ 力、 点滞回性能等 研究表ｆＪｉｊ，空问 点具有良好的滞凹 性能，有良好的延性； 点在柱边缘能够形成良好的塑性铰， 具ｆ『良好变彤能力；卡｝ｊ埘于无楼板的 点，带混凝土楼板的 问 点的极限承载力大约提高２５％左右。 ｌ本在ＲＣＳ 组合 点方面也有许多的研究。１９９７ 年，Ｎｉｓｈｉｙａｍａ等人 完成＿ｒ四个空间节点在低周反复衙载 作用下的试验，王个“朴贯通” 点和一个“梁贯通”，节点考 虑混凝土楼板的作川。研究表明，空间 点在非贯通平面内 的 点强度和受力性能 平 节点没有明显的Ⅸ别， 时平 加载模型也适Ｊ｝ｊ：ｒ该平 。但足该试验是否具有普遍性 还需要进一步的研究 １９９８年，Ｈ本建筑承包商协会做了６ 个“柱贳通 ”空 点试验…，ＲＣＳ空间组合 点考虑＿ｒ 泓凝土楼板作用。研究内容包括节点变形、轴压比、节点构 造措施等 素对ＩＩＣＳ Ｍ组合节点受力性能的影响。结果 表明，在一定范刚内，提高轴 比能够提高节点的强度和刚 度，从而提高组合 点的承载力；在构造措施适当时，ＲＣＳ空 『日Ｊ组合节点具有良好的滞回性能即良好的抗震性能。 ２ 国内ＲＯＳ空间组合节点的研究状况 我刚关于ＲＣＳ空问组合构件起步较晚。２００３年，马宏 伟 进行ｌ『六个足尺的ＲＣＳ空问组合构件进行了低 循环 （ｂ）ＣＥＪ４Ｉ 点 图２ ＲＣＳ空问 点 组合节点的试验， 『ｆＩ两个节点（ＣＥＪ４、ＳＥＪ３）考虑＿ｒ楼板作 衙载试验，其中两个为端板螺栓连接，四个为连接钢筋连接， 考虑了混凝土楼板对＝ 点的影响。研究内容包括荷载层问 滞川曲线、连接方式不 、轴压比、节点承载力等因素。研究 表明，端板螺栓连接构件形成了较明显的梁端塑性铰，节点 用，参见网２（ｂ）所尔。研究表明，混凝土楼板的存在保证了 节点合理的传力路径，明屁提高了 点承载力，保证ｒ节点 “强柱弱梁，节点更慢”的抗震设计理念，同时指｝ｆｊ在设计该 类节点时需要考虑混凝士楼板的组合效应。 足没有给ｍ 具体的设计建议或行是承载力公式的建议。 以梁端破坏为标志；楼板的仔在能够明显地提高节点承载 ／ＩＪ；两类构件都具仃较人的层Ｍ位移， 点具有良好的延性 羽１牦能能力，能够在行抗震要求的地区使用，并儿提出该类 点相应的设计建议。２００６年，赵作周等人 完成ｒ三个 ＲＣＳ 问组合节点 低周反复荷载作用的试验，分别为一个 ｝， 点、一个边 点和一个顶层 点，构件都考虑ｒ纵横梁 埘１，点受力性能的影响。学者主要研究了ＲＣＳ 问组合 ３ ＦＩＧＳ组合框架节点研究存在的问题 虽然国内外对型钢梁一钢筋混凝土柱空间组合 点做 了大量试验，仇足还足存在许多问题，主要表现如下： （１）我国对 钢梁一钢筋混凝土柱框架绡构体系中空问 节点的研究才‘刚刚起步。如前所述，我国对ＲＣＳ空问组合节 点住荷载作用下的破坏形式、受力性能、节点滞 步Ｊ，解该类节点 能等， 点的研究节点数髓偏少，在空间节点受力性能和抗震性能没 有形成系统的理沦体系，ｆ 儿各个试验构件的试验方案、环 境、试验方法等 素各小川，很难形成系统性和统一 （２）试验很难埘ＲＣＳ卒问组合节点进行伞 的ｒ解。 能 研究表明，ＲＣＳ组合构什 有良 好的延 Ｖｔ－￥１１耗能能力， 点的构造措施对 点受力订很大的 影响。根 试验，作 埘该类节点提出ｒ几点构造措施的建 议，用＿ｒ指 ｌｔＣＳ 绀合 点的没计。 ２００８年，陆 铁“ 等人完成ｒ ７个１／２缩 的端板螺 栓连接的｛４）４一混凝 ｛ ｆｆ￣Ｎ．－合 一 的试验，考虑＿ｒ混凝土楼板 的作川，参见 ２（ａ）所爪。作哲基于端板螺栓连接的钢一 试验过程巾有许多 要数据很难测到，如节点符组成部分的 应力分布状态、应力 试验过程ｑ－ｔ变化、各组成部分的抗剪 承载力以及符部分抗剪承载力的参与程度等等，冉加｝：ＲＣＳ 空间组合节点的构造措施选择形式的多样性决定了陔类节 混凝 组合梁与混凝上佳常点的低周反复荷载试验，对此类 点进行』 较深入的研究。研究内容包括Ｗ点受力过程、破 坏肜式、滞州曲线、骨架曲线、延性等抗震性能。研究结果表 点受力性能复杂性，婴全面ｒ解ＲＣＳ窄间组合 点的受力性 能仅仅通过试验是不够的，需要借助有限元软件进行模拟。 所以需要更多的学者从彳丁限元方面对该类节点进行更加系 统的研究。 Ｉ』１］：端板螺栓连接的钢一混凝ｔ组合梁与混凝土 节点试件 的滞 ｝ｌｊｌ线 梭形，ｌｉ＿较为卜满，耗能能力强；组合梁横向 筋率及其配筋形式、纰合梁剪力连接度对节点的承载力影响 并不 著，但ｘ，ｊ－－１ｓ＇点的延悱 著的影响。横向眦筋宰的增 （３）大部分研究 要集中在梁一柱节点，刘‘结构体系整 体性研究相对较少。仡试验中，往往需要节点发 破坏，而 这跟实际工程所遵循“强柱弱梁，强节点弱构件”的原则相违 大及横向配筋为封 式町提高节点的变形能力，剪力连接度 越高变形能力越啦 、 ２００９年，李贤…完成＿ｒ七个端板螺栓边节点ＲＣＳ空间 背。所以，根据试验所得出的结论是否适用于实际节点设 计，还需要进一步的研究。要准确地＿ｒ解结构体系实际受力 状态，仪仪对梁一柱 点研究还远远不够，需要从结构整体 给丁考虑。 ｌ ５２ 四川建筑第３４卷４期２０＂１４．０８ ４结束语 ［５］Ｘｕｅｍｅｉ Ｌｉａｎｇ，Ｇｕｓｔａｖｏ Ｊ，Ｐａｒｒａ—Ｍｏｎｉｅｓｉｎｏｓ．Ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ—ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ａｎｄ ｆｒａｍｅ 钢筋混凝土柱一型钢梁（ＲＣＳ）组合框架体系一种比较 ｓｙｓｔｅｍｓ【Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｕｒｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４，１３０（２）： 合理的结构形式，它能充分发挥混凝土与型钢这两种材料各 ３１０—３１９ 自的优点，在美国和日本得到广泛的应用。美日对这类结构 ［６］Ｃｈｉｎ—Ｔｕｎｇ Ｃｈｅｎｇ，Ｃｈｅｎｇ—Ｃｈｉｈ Ｃｈｅｎ．Ｓｅｉｓｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｔｅｅｌ 体系研究较早，在节点设计、节点抗震、体系整体设计等方面 ｂｅａｍ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ３．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ 都有一定的研究，但是还不够成熟。我国对ＲＣＳ组合框架体 Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ．２ｏｏ５．６１：５８７—６０６ 系的研究起步较晚，需要大量的工作需要更多的学者对该体 ［７］ Ｇｒ ｅｇ ｏｒｙ Ｇ．Ｄｅｉｅｒｌｅｉｎ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｎｏｇｕｅｈｉ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｕ．Ｓ．一Ｊａ— 系进行研究。 ｐａｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ 参考文献 ｓｔｅｅｌ ｍｏｍｅｎｔ ｆｒａｍｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｌａ Ｅｎｇ—ｉｎｅｅｆｉｎｇ，１３０（２）： ３６１—３６７，２００４ ［１］ 门进杰，史庆轩，周琦．钢筋混凝土柱一钢梁组合框架节点研 ［８］ 马宏伟．组合梁与连续复合螺旋箍混凝土柱节点研究［Ｄ］．西 究进展［Ｊ］．结构工程师，２０１２，２８（１）：１５３—１５８ 安建筑科技大学，２００３ ［２］ Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｇ Ｄｅｉｅｄｅｉｎ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｎｏｇｕｃｈｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ＲＣ／ＳＲＣ ｃｏｌ— ［９］赵作周，钱稼茹，杨学斌，等．钢梁一钢筋混凝土柱连接节点 ｕｍｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｃ］．１２ＷＣＥＥ，Ａｕｃｋｌａｎｄ：１ＡＥＥ，２０００ 试验研究［Ｊ］．建筑结构，２００６，３６（８）：６９—７３ ［３］ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｎ Ｂｕｇｅｊａ，Ｊｏｓｅｐｈ Ｍ Ｂｒａｃｃｉ，Ｗａｌｔｅｒ Ｐ Ｍｏｏｒｅ Ｊｒ．Ｓｅｉｓｍｉｃ ［１０］ 陆铁坚，贺子瑛，余志武，等．钢一混凝土组合梁与混凝土柱 Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｎｒｃｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＲＣＳ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｏｍｅｎｔ Ｆｒａｍｅｓ［Ｊ］． 节点的抗震性能试验研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００８，２９（１）： Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ／ｎｇ，１９９９，１２５（４）：３８５—３９２ ７１—７４ ［４］ Ｍｉｅｈａｅｌ Ｎ Ｂｕｇｅｊａ，Ｊｏｓｅｐｈ Ｍ Ｂｒａｃｃｉ，Ｗａｌｔｅｒ Ｐ Ｍｏｏｒｅ Ｊｒ．Ｓｅｉｓｍｉｃ ［１１］ 李贤．端板螺栓连接钢一混凝土组合节点的抗震性能研究 ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ＲＣＳ ｆｒａｍｅ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ［Ｄ］．湖南大学，２００９ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１２６（４）：４２９—４３５ ～ ｅ ｅ ‘ 、、 、 、、 ｛ 、 ｆ 々 乡 墨 堂 出 （上接第１５０页）度削弱大小影响更大，圆形孔开孔面积比 梁的整体稳定性计算。 六边形开孔面积大，对蜂窝梁腹板刚度造成的削弱就更大， （２）六边形孔及圆形孔蜂窝梁临界弯矩值基本相近，开 因此六边形孔蜂窝梁临界弯矩值大于圆形孔蜂窝梁临界弯 设孔洞形状并不明显改变蜂窝梁的整体稳定性，从某种意义 矩值；当ｓ／ｈ＞０．５时，蜂窝梁整体稳定性受腹板连续性影响 上说蜂窝梁整体稳定性受腹板开孔形状的影响不大，蜂窝梁 更大，腹板开设六边形孔洞时的连续性要比开设圆形孔时的 的开孔主要是受使用功能、美观等因素的影响；在蜂窝梁的 连续性要差，因此对蜂窝梁的整体稳定性影响更大；当ｓ／ｈ 整体稳定性分析可以借鉴任意一种形状孔洞的蜂窝梁进行 趋近于０．７时，腹板开设孔洞时对梁的刚度削弱并不明显， 分析，在实际设计工程中，对于蜂窝梁的整体稳定性设计时， 也就是开设孔洞对梁的整体稳定性影响不大，在一定程度上 都可以借鉴同一个稳定性设计方法进行设计，在设计时，开 可以忽略不计。因此，在蜂窝梁开设洞口时，当ｓ／ｈ＜０．５ 孔形状主要满足功能和美观的要求。 时，开设六边形孔更为有利，蜂窝梁整体稳定性主要受腹板 （３）当ｓ／ｈ＜０．５时，蜂窝梁整体稳定性主要受腹板刚度 刚度影响，当０．５＜ｓ／ｈ＜０．７时，开设圆形孔更为有利，蜂窝 影响，开设六边形孔更为有利，当０．５＜ｓ／ｈ＜０．７时，蜂窝梁 梁整体稳定性主要受腹板连续性影响，当ｓ／ｈ＞０．７，开设六 整体稳定性主要受腹板连续性影响，开设圆形孔更为有利， 边形孔和圆形孔基本相同，蜂窝梁整体稳定性受腹板开设洞 当ｓ／ｈ＞０．７，蜂窝梁整体稳定性受腹板开设洞口影响很小， 口影响很，Ｊ、。 开设六边形孑Ｌ和圆形孔基本相同。 ３结论 参考文献 综上所述，得到以下结论。 （１）蜂窝梁的弯扭屈曲失稳形态与实腹式梁弯扭屈曲失 ［１］杨坛．基于ＡＮＳＹＳ圆孔蜂窝钢梁承载力研究［Ｄ］．广西大 稳形态基本吻合，在蜂窝梁整体稳定性分析中可以借鉴实腹 学，２００７ 式梁整体稳定性分析方法进行分析，在实际蜂窝梁的设计工 ［２］周绪红，郑宏．钢筋钩稳定［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 程中，可以在实腹式梁的基础上进行一定的修正来得到蜂窝 社，２００４ 四川建筑第３４卷４期２０１４．０８ １５３
