摘要：介绍了带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点的设计建议及施工工艺过程。节点包括暗穿心牛腿、环筋、板放射筋、梁主筋螺纹套筒。本节点传力直接、强度高、延性好、施工方便，有很好的工程应用前景。
关键词：钢管混凝土柱节点,穿心牛腿,施工工艺
钢管混凝土构件具有优越的力学性能[1-2]，在工程中有广泛的应用。钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点设计，直接影响到结构的整体刚度、受力性能和安全性，也影响到施工的难易和工程进度，因而成为钢管混凝土结构设计中的关键环节。本文提出带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点不带环梁，能很好地满足建筑及装饰设计要求，而且经过试验与有限元分析，发现此节点具有传力直接、强度高、延性好等特点[3-4]，有很好的工程应用前景。
0. 节点做法
钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点结构包括暗穿心牛腿、环筋、板放射筋、梁主筋螺纹套筒，如图1所示。所述暗穿心牛腿穿过钢管在钢管内部焊接，与钢管相交部分亦双面焊接，环筋焊接在钢管外侧钢牛腿上，板放射筋端部弯折钩在环筋上，并伸至板底(图2)，梁主筋螺纹套筒焊接在钢牛腿端部与主筋位置重合(图3)。为了更好地实现本实用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用双面角焊缝。环筋焊接在钢管外侧20毫米处，钢牛腿上侧。板放射筋端部弯折成90度钩在环筋上，并用钢丝绑定，伸至板底。所述梁主筋螺纹套筒全长角焊缝焊接在钢牛腿上，与主筋位置严格平行，螺纹套筒内径与主筋直径相同。
1.设计建议
1.1 工字型钢牛腿的截面设计
钢牛腿的高度和宽度根据所连接的钢筋混凝土梁的尺寸来确定，如图4所示各项参数：
1.1.1工字型钢牛腿的宽度
钢牛腿在钢管外的部分，其宽度等于钢筋混凝土梁的宽度减去左右保护层的厚度：
——保护层厚度，一般可取25mm。
在钢管内部，由于混凝土的作用，其应力逐渐减小，相应钢牛腿的宽度也可以减小至一半，以节省材料。如图5所示。
1.1.2 工字型钢牛腿的高度
、 ——钢板翼缘上焊接的螺纹套筒外直径。
当相连的钢筋混凝土梁的主筋有两排时，可在翼缘内部再焊接一排。
1.1.3钢牛腿伸出钢管的长度
根据环筋的焊接位置和螺纹套筒的长度来确定。
1.1.4钢牛腿钢板厚度的确定
根据构件设计承载力、焊缝高度等选择钢板的厚度。
1.1.4.1 抗弯强度验算[5]
——钢筋混凝土梁承受的最大弯矩设计值;
——截面塑性发展系数;
——翼缘对轴心的惯性矩， ——腹板对轴心的惯性矩， ——钢材的抗弯强度设计值。
同时尚应满足钢板的受拉承载力大于所连接所有钢筋的最大承载力[5]：
——钢筋混凝土梁受拉钢筋的总截面积;
——受拉钢筋的抗拉强度设计值。
1.1.4.2 抗剪强度验算[5]
——钢筋混凝土梁承受的最大剪力设计值;
——截面面积矩，此处为钢牛腿 轴以上截面对中和轴的面积矩， ;
——腹板厚度;
——钢材的抗剪强度设计值。
1.2 放射筋和环筋的设计
放射筋按构造配置，其直径可与板负筋相同，数量根据钢管的直径确定，一般直径1米的钢管可布置7根，酌情增减。环筋的选择根据放射筋的数量确定，基本按构造选取，为了控制裂缝的发展，钢筋的直径不宜太大。
1.3 焊缝设计
1.3.1工字钢翼缘与腹板连接
工字钢翼缘与腹板连接的焊缝应满足[5]：
式中： ——焊缝高度;
——计算位置的剪力;
——计算翼缘毛截面对梁中和轴的面积矩;
——角焊缝的强度设计值。
1.3.2 钢牛腿与钢管的焊接
钢牛腿与钢管之间的连接采用满焊，其强度验算尚需满足[5]：
式中： ， ——焊缝处的弯矩值;
——焊缝抵抗矩;
， ——焊缝位置的剪力;
——焊缝的有效截面面积。
——正面角焊缝的强度设计值增大系数。对于承受静力荷载和间接动力荷载直角角焊缝取 ，其他情况取1.0。
1.3.3 螺纹套筒与钢牛腿的焊接
因为市面上的螺纹套筒普遍较短，故采用满焊，其焊脚高度尚应满足[5]：
1.3.4 焊缝的构造要求
如果角焊缝的焊脚尺寸 太大，则焊缝收缩时将产生较大的焊接变形[6]，且在热影响区扩大的情况下，容易产生脆裂，较薄焊件可能会烧穿。所以要求[5]：
2 节点的施工工艺
本节点的加工包括下述步骤与工艺条件：
(1)根据混凝土梁截面高度减去保护层厚度及钢筋直径确定钢牛腿高度，根据混凝土梁截面宽度减去保护层厚度确定钢牛腿翼缘宽度，根据螺纹套筒与牛腿的焊接长度确定钢牛腿伸出钢管的长度;
(2)根据钢管直径大小选择板面放射筋的数量，直径1米的钢管选择均匀放置7根板面放射筋;
(3)分别进行钢牛腿与钢管的焊接、在钢管内钢牛腿之间的焊接、环筋与钢牛腿的焊接以及螺纹套筒与钢牛腿的焊接;
(4)在施工前进行梁主筋端部墩粗以及开螺纹丝，施工时，梁主筋与螺纹套筒拧紧;板面放射筋钩在环筋上并均匀布置，用钢丝绑扎。
上述步骤完成后，按照普通施工步骤绑扎板筋和梁筋，质量检验后浇筑混凝土即可。
3 小结
本节点与现有钢管混凝土节点相比，具有如下有益效果：
(1)不带环梁，本节点采用穿心暗牛腿，从外形上看与普通钢筋混凝土梁一样，能很好地满足建筑及装饰设计要求。
(2)能很好地控制板柱交接处裂缝的开展，板放射筋均匀布置在梁之间控制裂缝的开展，其传递的拉力由焊接在钢牛腿上翼缘的环筋来承受。
(3)施工方便，钢管、环筋、梁主筋螺纹套筒与钢牛腿的焊接都可在工厂完成，现场只需完成梁主筋的螺纹连接和一般的钢筋绑扎工作，大大减少了现场的焊接工作量，能更好地保证焊缝质量。
参考文献：
[1] 韩林海.钢管混凝土结构——理论与实践[M].北京：科学出版社，2004：1-4
[2]钟善桐.钢管混凝土结构[M].第三版.北京：清华大学出版社，2003
[3] 季 静 吴爱明 王燕珺 韩小雷.新型穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点试验及分析.华南理工大学学报(自然科学版)，Vol.36 No.3，2008
[4] 王燕珺.带环筋的穿心暗牛腿钢管混凝土柱节点试验研究及有限元分析. 广州:华南理工大学硕士学位论文.2007
[5]中华人共和国国家标准.钢结构设计规范(GB50017-2003) [S].北京:中国计划出版社，2003
[6] 陈绍蕃 钢结构[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，1994，39-84
