郑普飞

（甘肃省科工建设集团有限公司，甘肃 兰州）

引言

本文以某装配式高层钢结构公共建筑为例阐述了相关关键技术内容，特别是对于大悬挑架构的构造设计和抗震等级设计、转换大跨度设计等层面加以详细阐述。在此基础上提出了更加符合钢梁钢柱连接、钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁连接的节点构造，利用此种节点构造能够实现装配式钢结构建筑节点的有效连接，提升其便利性、安全性和性价比，对于进一步推动装配式钢结构公共建筑设计水平的提升具有促进作用。

1 工程概况

众邦国贸中心位于兰州市安宁区，地处银滩黄河大桥以北，西临万新南路，南邻众邦金水湾住宅小区，东临住宅楼，北临天居·锦河丹堤住宅小区，是集5A级写字楼和超五星级酒店、商务办公、餐饮、文娱于一体的地标性超高层城市综合体，引领西部的豪华大型宴会厅，豪华酒店与高端办公的完美结合，填补了安宁区的空白。该项目的建设能加快该地区旧城区改造步伐。此工程的施工对于提升城市形象、完善城市生态景观体系，均有重大价值。

此建筑工程钢结构工程主要分为B1 区、B2 区和B3 区三个区域。项目由48 层5A 级写字楼、36 层超五星级酒店及4 层裙楼组成，建筑总高度239.275 m，总建筑面积161 696.85 m2，结构类型为型钢混凝土核心筒结构和型钢混凝土框架结构，总用钢量约1.6 万t。该项目主要构件采用十字柱、王字柱、H 型等多种形式，组合柱单根最大重量达24.38 t，最大板厚为50 mm，加工、运输及安装的困难系数高。

2 装配式高层钢结构公共建筑设计和集成技术

2.1 V 型柱转换大跨度、大悬挑结构抗震性能设计

将该建筑的抗震等级设定为主楼抗震三级、裙房抗震四级。目的在于利用科学合理结构使得建筑实现小震不坏、大震可修复的目标。此建筑主要的抗震目标是：抗震防裂度设定为7 度，场地类型为二类，基础地震加速度为0.1 g，基本风压0.35 kN/m2，基本雪压0.7 kN/m2。建筑不同部分基础形式有所差异，其中主楼的基础主要为“人工挖孔桩+筏板基础”，裙楼的基础主要为“独立基础+防水板”，楼面所用载荷如表1所示。为了满足强度要求，主楼的混凝土梁和矩形钢柱进行连接时主要采取的是混凝土梁内包钢结构牛腿的方式，同时要在裙房处的圆管柱位置增设钢结构环板，同时外部包裹钢筋混凝土环梁，提升整个连接的强度。地下室部分采用外包型柱脚的形式，可以提升钢架构下半部分总体的刚度，而在顶板位置采取常规的钢筋混凝土梁板结构。

表1 建筑楼面采用载荷值

为了达到设定外立面空间的标准，利用两个高9 m 的V 形钢柱+大尺寸箱梁的方式对裙房进行支撑，从而搭建出大跨度的多层建筑，形成较为美观的建筑。在工厂车间进行箱梁柱的提前制作，使用等强熔透焊的形式让其具有设计形状，然后将其运输到作业场所组装。具体到裙房而言，为了满足外观的需要，要采用两组V 形钢柱（间距13 m）连接大跨度（28 m）的悬挑钢梁，如图1 所示。同时以此大跨度梁为基础来承载上部两层结构[1]，图2 为V 型钢板结构示意。

图1 V 型钢板连接加固的钢结构梁柱结构示意

图2 V 型钢板结构示意

第一，巨型V 形柱。该V 型钢柱采取截面1 000 mm×1 000 mm 的矩形截面，为了提升整体强度，要在钢柱的局部增加壁厚，采取外包式的柱脚（外包厚度≥250 mm）。所在区域的基础为独立型基础，利用宽底板来承载柱脚的弯矩载荷。设计时要对不同工况实施充分分析，严控钢柱的受力变形。另外，在对钢柱上部和钢梁进行连接时主要采取的是钢梁贯通的方式，以此来确保整体的强度。同时要在柱端内合适位置设置加强筋，保证其焊接质量[2]。

第二，转换大跨度、大悬挑框架。裙房共两层楼，主梁跨度在28 m 左右，上半部分的转换发挥对楼面进行支撑的作用。与此同时另向楼面梁外部挑高是8 m，使用钢筋混凝土楼板，厚度具体为120 mm，主跨采取的是截面尺寸为650 mm×1 500 mm 的箱型梁，确保钢梁的挠度≤1/600 跨度。对其进行设计计算时要充分考量上下部结构的协作性问题，同时也要考虑到地震的影响，要确保主跨钢梁水平转换的稳定性。为了保证其良好的抗震性，需要对关键杆件、关键节点设置必要的加强措施，对于主钢梁应力比进行严格管控。

第三，抗震性能的设计。钢结构的抗震性能设计是非常关键的，在进行性能设计过程中要遵照如下流程：对小震情况进行核定，保证其承载性能、层间位移符合《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定；所选定的塑性耗能区性能等级为Ⅳ级；明确抗震等级标准下钢结构的载荷能力；了解节点延性级别、地震预防举措、核心构件等与有关要求是否一致；对于地震等级较高情况下层间移动情况进行核定。

在具体操作时要按照结构特性、使用功能等确定结构的塑性耗能区等级，以此为基础确定出各种弹性负载力状况下所使用的延性管控形式，进而确保地震状况下架构能够依照所设计的延性结构出现塑性形状变化。

2.2 装配式高层钢结构建筑关键节点设计

为防止构件衔接点过多而影响安装效率，设计了与钢筋混凝土梁、钢管混凝土、钢柱钢梁衔接的有关构件，可以使装配式建筑不同构件连接问题得到有效处理。

第一，对于装配式建筑来说，叠合板是最为重要的部分之一，在具体工程中有着非常广泛的应用。一般情况下为了加强梁柱节点中弱构件的连接，常常采取如下两种方式，一种是在梁翼缘粘贴盖板，但是需要对叠合板的某些位置进行切槽；另一种是加宽翼缘，这会造成梁外包不够便利[3]。采取传统方式会对叠合板受力造成较大影响，同时也会对施工造成限制，并不利于装配式建筑运用。对于这种情况下，设计了可以稳定衔接、施工十分便捷并且性价比较高的装配式建筑梁柱连接节点，如图3 所示。

图3 梁柱连接节点

此种节点可以确保梁翼缘处表面非常平直，进而保证叠合板底层平直度，可以保证叠合板和钢梁更高质量的连接。

此种连接方式的具体特征在于：将加强段梁焊接到钢梁的端部来增强梁体的性能，使得梁伸到钢柱侧板外壁强度有所提升，确保增强梁体上下翼缘外表面的平整性，将其和钢柱栓焊相连。要保证所增强梁体翼缘厚度比钢梁翼缘厚一些，另外应当保证两者宽度一致。此外，应当在钢梁顶端设立加强段的同时也要增加加强段翼缘的厚度，将原有截面梁和加强段梁实施有效连接形成整体，之后将加强以后钢柱与梁体进行栓焊衔接，另外把叠合板放至梁体上翼缘部位。在梁柱的节点位置增设加强段梁可以进一步增加梁翼缘表层的平整性，更便于叠合板和钢梁的有效连接，可以有效解决叠合楼板破损以及安装便利性不足等问题。同时遵照了“强节点、弱构件”的基本设计原则，能够确保叠合楼板底层的平整性，防止为了增强梁柱节点而导致切槽或者外漏缺陷，更利于运用到装配式建筑中。

第二，钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱衔接节点。在当前时期有关要求的情况下，对于特殊位置（例如地下室顶板梁）的梁来说，往往采取钢筋混凝土梁来实现良好的人防要求，同时要采取箱型钢管混凝土柱加以辅助，然而两者相连的稳定性是需格外重视的。从目前来看，主要采取的连接模式是梁穿过柱子进行连接，然而该种形式会导致钢管混凝土柱硬度降低，对其性能造成影响，同时施工不够便利[4]。针对此，为了能够更加便利、安全地对梁和柱进行连接，设计了用于钢管混凝土柱与多层配筋钢筋混凝土梁连接的节点和运用到钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁相连方面的节点，具体情况如图4、图5 所示。

图4 钢管混凝土柱与多层配筋钢筋混凝土梁连接的节点

图5 钢管混凝土柱与单层配筋钢筋混凝土梁连接的节点

（1） 对于钢管混凝土柱与多层配筋钢筋混凝土梁连接的节点来说，钢管混凝土柱钢管外部与钢筋混凝土梁相连，在连接节点范畴中设计了套筒、栓钉、牛腿等，具体而言水平方向的连接板与套筒设定在牛腿的上下翼缘板中间。同时钢筋混凝土梁设置了多排的梁纵筋，按照上下顺序进行排列，上下排的梁纵筋分别和牛腿的上下翼缘板进行固定，其他排的梁纵筋和相对应的横向连接板或套筒实施固定。同时，在钢管外部节点位置设置钢筋混凝土外包环，此环主要是在内部嵌有外包钢筋笼的混凝土环，将此环的内侧壁和钢管外侧壁紧密贴合，同时将其外侧壁和钢筋混凝土梁进行搭接，确保整个外包环可以将钢管外部的牛腿、栓钉、横向连接板和套筒全部包裹住，同时也要保证钢筋混凝土外包环可以将钢筋混凝土梁的上下表层全部覆盖。

（2） 对于钢管混凝土柱与单层配筋钢筋混凝土梁连接的节点来说，钢管混凝土柱钢管外部和钢筋混凝土梁进行连接，在连接节点的范围内设置了牛腿和栓钉等内容，同时将牛腿上翼缘板和钢筋混凝土梁梁顶纵筋进行充分连接，并且要将牛腿下翼缘板和钢筋混凝土梁梁底纵筋进行连接。同时，在钢管外部节点位置设置钢筋混凝土外包环，将此环的内侧壁和钢管外侧壁紧密贴合，同时将其外侧壁和钢筋混凝土梁进行搭接，确保整个外包环可以将钢管外部的牛腿、栓钉、横向连接板和套筒全部包裹住，同时也要保证钢筋混凝土外包环可以将钢筋混凝土梁的上下表层全部覆盖。其做法如图6 所示。

图6 钢柱柱脚节点做法

对于与单层配筋钢筋混凝土梁衔接的节点而言，大多是运用钢筋混凝土梁纵筋与牛腿进行固定，而且加之外包钢筋混凝土保证钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁能够更稳固地相连。使用该种连接形式可以防止钢筋混凝土梁从钢管混凝土柱内穿行，可以保证钢管混凝土柱的完备，如此便可以保证钢管混凝土柱硬度达标，可以防止安全风险的产生。此外，因为其无需从钢管混凝土柱穿行，为此可以让施工成本下降、便捷度提高。

结束语

综上所述，本文以众邦国贸中心为工程背景展开探究，其装配式高层钢框架公共建筑核心技术能够运用到房地产等公共构筑类项目中，客户具体有设计企业、投资企业、原料供给企业、施工企业等，工程运用能够当做我国其他装配式钢架构公共建筑参照，另外在社会效益、利润赚取方面也有很大价值。