第 1 章 型钢柱的连接方法研究
1.1 研究背景
以唐山市第三空间综合体实际工程为背景，对型钢混凝土柱与框架梁纵向受力钢筋连接方式进行研究，通过制定简便可行的连接方法，制作相同形式有类比度的试件，进行钢筋拉伸实验，得出此方法的可行性。 唐山第三空间综合体工程，南楼共计 15 根，北楼共计 12 根。型钢砼柱采用焊接十字型柱，主材为 Q345B 级钢，加劲板、牛腿、垫板采用 Q345-B，栓钉为Q235 级钢，焊缝要求一级、二级。
欧美有些国家，在上世纪初前后就已经开始在钢筋混凝土中加入型钢进行应用了。1897 年，
John Lally 就使用了这种组合结构，基本原理是将预拌混凝土浇筑进预制的空心钢柱中，一般称其为 Lally 柱。1908 年，Burr 对此类试件建立模型，通过大量试验，对试件进行了各种受力数据分析，得出结论，钢骨和周围的混凝土能够一起受力，共同作用，能使组合结构的抗压性能、抗弯性能等有很大提高。1920 年，加拿大的研究人员 Mackay 也得出型钢和混凝土组合结构比单一混凝土结构或钢结构具有更加优越的性能的结果，此结论的得出是建立在大量对中空式钢骨和混凝土包裹组合结构的受力分析和实验的基础上的[1]。在十九世纪中期，美国John.P.Cook、英国 R.P.Johnson 等学者对此类组合结构产生了浓厚的兴趣，对此结构做了改进和变化，并针对不同形式分别进行了试验和研究，在大量的试验和研究中，各国研究者发展出了不同的方向，并形成了各具特色的型钢混凝土组合结构设计理念和理论，其中比较具有代表性的理论包括：钢结构理论法、钢筋混凝土法、叠加法等[2]。
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1.2 国内外型钢混凝土结构及其梁柱连接的研究现状
1.2.1 国内外对型钢混凝土结构的研究现状
众多理论的形成基于结构组合形式的多样、使用用途和范围的变化，尤其是对钢骨与钢筋混凝土不同的力学性能，以及它们之间结合部位受外界环境影响不同的基础之上。
九十年代，日本开始在建筑中使用型钢混凝土来搭建，如：兴业银行大楼，在1923 年的东京大地震中，这座高达 30 米大楼完好无损[3]。1951 年，日本建筑学会基于型钢混凝土结构的设计而成立了研究小组，提出了计算型钢混凝土结构的方法和规范，同时一直予以修订和扩展。在日本制定型钢混凝土规范中，不计型钢与混凝土二者间粘结的作用，而是使用强度叠加法[3]。通常，叠加法是用型钢单独作业计算其受力值，然后再让钢筋混凝土独立作业计算受力值，同理使用抗剪承载力方法确定钢结构和混凝土结构柱的承载力，虽然此计算结果准确率高，但难以得出二者间的剪力分配情况，不易于计算，其主要优点是设计结果较为经济。还有一种简单叠加法，即把型钢混凝土柱作为钢筋混凝土柱进行抗剪承载力的计算，同理再视以钢柱进行抗剪承载力的确定，把二者结果叠加，不过此方法剪力划分计算，所以缺乏合理性，但优点是容易计算且结果更为安全[4]。
前苏联在二战结束后的桥梁和房屋的设计中已经开始使用型钢混凝土结构[5]，这一应用比其它国家提前了数年。在使用中，前苏联提出：型钢可有效与混凝土粘连在一起，由于二者之间粘性牢固、抗压性强，所以不会出现粘结处断开或滑移的情况。因此，通过使用普通钢筋混凝土结构设计原理即可设计出型钢混凝土结构，也就是凝土法。不过，随着一些试验和使用，发现与钢筋相比，型钢与混凝土的粘结力要弱一些，数据显示，甚至与圆钢相比较，它与混凝土粘结作用只有圆钢的一半。可见，前苏联提出的型钢混凝土规范缺乏受力性的准确判断，因此存在安全隐患。
欧美国家主要把型钢混凝土结构使用在建桥铺路上，而在房屋、建筑中使用的很少，屈指可数的只有美国的达拉斯第一国际大厦、休斯顿第一城市大楼、以及休斯顿海湾大楼等在建设中使用型钢混凝土结构。在进行型钢混凝土结构的设计计算时，欧美国家主要使用了钢结构理论法，忽略混凝土具有的刚度与强度，转而以钢结构设计的理论和计算为基础，通过对实验中结果数据的分析和参数的调整最终得出型钢混凝土的计算公式[7]。
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第 2 章 型钢混凝土柱与框架梁节点连接的构造应用和研究
2.1 研究目标
通过对型钢混凝土柱施工技术的研究，解决施工过程中的难点，为型钢混凝土柱与框架梁钢筋连接提出有实际指导意义的施工方法和工艺，使施工既能保证工程质量和安全，又能达到经济合理的要求。
通过对混凝土型钢柱与框架梁钢筋使用套筒焊接连接、框架梁钢筋打拐焊接在钢骨上、钢骨打眼穿筋的几种连接方式制作相应的试件进行的拉拔试验分析，得到了连接方法的可行性及每种方法的优劣。
1）型钢柱腹板打孔穿筋施工工艺，如图 7 所示。
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2.2型钢混凝土柱与框架梁钢筋套筒连接的关键技术的研究
1）焊接施工准备：
⑴ 楼层放线
用铅直仪、经纬仪、钢尺将楼层轴线弹至楼层混凝土面上，将楼层标高 500 线标注于框架柱钢筋上；
⑵ 钢骨柱就位
钢骨必须严格按照图纸规定的轴线方向和位置就位，严格控制垂直度。位置和垂直度准确后及时定位；
⑶ 钢骨柱安装
钢骨定位后，按钢结构工程施工规范进行焊接安装。安装的垂直度、误差应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）附录 C 中表 C.0.4：多层钢柱外形尺寸的允许偏差的规定。
2）套筒定位
根据标高线和轴线，在型钢柱身上定位出梁的纵向受力钢筋的位置。
⑴ 钢柱外侧通过的钢筋，梁受力钢筋伸至柱外侧钢筋内侧弯折 15d；
⑵ 对应腹板的梁受力钢筋，进入框架柱 0.4lae，弯折 15d；
⑶ 对应钢骨翼板的梁钢筋，在所对应的位置标注出套筒位置。
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3.1 钢结构的工程质量控制 .......................................... 27
3.1.1 钢结构的制作质量控制要点 ............................... 27
3.1.2 钢结构的构件搬运、码放、验收的过程控制 .................................. 29
第 4 章 某市高层钢骨连接方法 ......................... 39
4.1 工程概况 .................................... 39
4.2 方案选择 ...................................... 39
4.3 施工顺序 ...................................... 39
第 4 章 某市高层钢骨连接方法
4.1 工程概况
唐山第三空间综合体工程，南楼共计 15 根，北楼共计 12 根。型钢混凝土中的型钢柱焊接形式采用十字形柱，材料为 Q345-B 级钢，加劲板、牛腿、垫板采用345-B，型钢的强屈比不应小于 1.2，且应有明显的屈服台阶和良好的可焊性。钢柱的翼缘和腹板、柱与柱脚底板采用全熔透焊缝等强对焊。柱牛腿翼缘与柱采用全熔透焊缝。型钢加工方式为机械加工，施工中要加强型钢柱和梁柱节点连接的焊缝质量控制，焊缝的质量标准必须达到一级，对一般焊缝的质量控制应达到二级焊缝质量等级，且表面观感要符合要求。
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结论
本论文通过工程实例对框架梁钢筋与型钢混凝土柱节点连接方法进行了研究，对纵向受力钢筋在核心区与钢骨连接或交叉的各种情况进行了分析，比较多种节点连接方案，通过比较优劣，得出最优组合方案，并对此连接方法做出类比试件，通过实验得出可行性依据。整个研究工作以工程案例为基础，做出分析，通过对某高层南、北主楼 32 根型钢柱在每层节点核心区的连接分析，对每根柱，在每层梁柱核心区的不同情况分别做出相应的方案。
通过此次研究得出以下结论：
1）在型钢混凝土柱核心区，框架梁受力纵向钢筋数量大，截面形式复杂的情况下，可采用焊接套筒为主、腹板打孔、牛腿焊接的组合形式。
2）工期方面，此施工工艺大大降低了型钢柱与框架梁钢筋核心区连接施工的工作量，减少了施工工序，有效的缩短了此部位施工的工期。
3）通过采用型钢和钢筋组合形式的连接，不仅降低了对型钢柱本身完整性和强度的影响，还降低了牛腿焊接的数量，增强了框架梁钢筋与型钢柱连接的稳固性，简化了节点核心区的连接形式，降低了核心区钢筋的密集程度，对下一步混凝土浇筑创造了更好的条件，本次研究的实例中成功实现了型钢柱混凝土的一次性浇筑，提高了混凝土与钢筋以及型钢共同受力状态，清水型钢柱一次浇筑成型，避免了混凝土接茬处的二次处理费用，为木模板在类似工程中的使用积累了经验，为工程降低了成本，产生了一定的经济、社会效益，具有很强的现实指导意义。
此组合连接形式，使型钢混凝土柱核心区节点处型钢、钢筋的处理方式简单、易操作，且满足设计要求，对以后类似工程施工起到很好的借鉴意义。
参考文献（略）