连接配置对应力偏心作用下CFST柱–钢筋混凝土楼板体系抗冲切性能的影响

为何更安全的构造节点很关键

在现代城市，高层建筑越来越多地采用无梁平整楼面，直接由刚性柱体支撑。这种整洁的外观释放了室内空间，但也掩盖了一个薄弱环节：柱与楼板相接的那小块区域。如果该节点突然失效，楼板可能在柱周围发生“冲切”，局部塌落。本文探讨了如何通过在施工阶段就采用合理的钢构件细部设计，使那个隐蔽节点更为坚韧且更具延性，而不是事后修补式的加固。

将钢管与平板结合

本研究聚焦一种常见的混合体系：充填混凝土钢管（CFST）柱与钢筋混凝土平板的连接。在这类柱中，空心钢管内填充混凝土，二者结合以发挥各自的强度和刚度优势。平板直接落在柱上而无深梁，从而节省层高并使平面布局更灵活。缺点是，上部楼层的荷载要集中通过柱周围的一个小楼板面积传递。当荷载偏离柱心时——例如由于空间使用不均或地震作用——若节点细部处理不当，楼板会以脆性冲切破坏模式开裂并失效。

比对不同的楼板—柱连接方式

为弄清哪些细部最有效，研究人员在实验室制作并试验了12组楼板—柱试件。每组试件采用相同尺寸的楼板和CFST柱，但连接方式各异。有些没有任何特殊处理，作为对照。另一些在管外焊接钢筋、在管壁粘接短或长螺栓并锚入楼板，或采用钩绕钢管并埋入混凝土的C形筋。还有若干试件将这些做法组合使用，例如两排焊筋加四根深锚固螺栓，或不同埋深的C形筋组合。所有楼板都在靠近但不完全位于柱心的位置加载，以再现现实的偏心荷载工况。

观察裂缝、承载力与延性

试验过程中，研究组测量了每块楼板的挠度，记录首次可见裂缝出现的荷载，追踪裂缝发展，并将试件推进到破坏。裸连接性能最差：在较低荷载下即开裂，并在柱冲切穿透楼板时突然失稳。即便增加一排焊筋，也能显著提高开裂荷载和极限承载力，并使破坏形式从脆性冲切转为更为缓和的弯曲—冲切混合破坏。采用两排焊筋效果更佳，尤其当主楼板配筋靠近这些焊筋布置时，二者能协同分担荷载。

螺栓、配筋布置与C形连接件

螺栓连接同样改善了节点行为，但其有效性强烈依赖于螺栓在楼板中的埋固深度。将埋固长度由浅短的16 mm增至48 mm，几乎使极限承载力翻三倍，并使荷载—挠度曲线更具延性，即节点在破坏前能发生更多变形。围绕长螺栓对配筋布局进行精细调整带来进一步提升：设置钢筋网或额外的上层配筋比单纯拉开钢筋更能有效分散应力并控制裂缝。在所有试验细部中，埋入长度充足的C形筋表现尤为优异，既提供高强度与高刚度，又具备良好的能量吸收能力，并使裂缝分布更为均匀。

最佳的细部组合

最为突出的为那些将不同连接构件组合的混合体系，使它们能够分担承载任务。采用两排较大直径焊筋加四根深埋螺栓的节点，在焊接类方案中达到了最高承载力，并在峰值后呈现非常缓和的软化，表明韧性优秀。最长的C形连接件也表现出类似的高强度并在破坏前允许大变形。整体来看，影响最大的因素依次为基本连接类型、机械锚固件的埋深，而配筋布置则作为重要的调优手段。

对实际建筑的意义

对非专业读者而言，关键结论是：我们将钢柱与平整混凝土楼板连接的方式，决定了节点是发生突然脆性破坏，还是以可控的开裂方式逐步承载更多荷载。通过在设计阶段就布置焊筋、适当锚固的螺栓或C形连接件，并使周围配筋与之协同工作，工程师可以大幅提高节点的承载水平，给予结构更好的预警与储备强度。这使得CFST柱—楼板体系不仅高效且具建筑灵活性，同时在现实中面对不均匀与可变荷载时更为安全与有韧性。

引用: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mahfouz, Y.M.B. et al. Influence of connection configuration on the punching resistance of CFST column–RC slab systems under eccentric loading. Sci Rep 16, 12475 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46159-9

关键词: 充填混凝土钢管柱, 平板抗冲切, 楼板–柱连接, 偏心荷载, 连接节点构造