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摘要：鋼結(jié)構(gòu)房屋具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快，抗震性能好及工業(yè)化程度高等特點(diǎn)，本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度闡述鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的原則，并提出一些解決問題的方法。...

談鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

黃雙鳳  王  明

(1．陜西新陸設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司  710001  西安；2．陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院710049  西安)

    鋼結(jié)構(gòu)房屋具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快，抗震性能好及工業(yè)化程度高等特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)能否安全可靠的關(guān)鍵，應(yīng)該按照“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”或節(jié)點(diǎn)等強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)合理對結(jié)構(gòu)整體性、可靠度以及建設(shè)周期有著直接影響。

    本文主要介紹鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的常規(guī)做法、國外改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)形式。

1.鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)常規(guī)做法：

    1.1在鋼結(jié)構(gòu)連接中最常用的是焊縫連接和螺栓連接，鉚釘連接現(xiàn)已很少采用：

    1.1.1焊縫設(shè)計(jì)中焊縫大小要通過計(jì)算確定，不得任意加大焊縫，焊縫的重心應(yīng)盡量與被連接構(gòu)件中心接近；焊絲焊劑應(yīng)與母材強(qiáng)度相匹配，當(dāng)兩種材質(zhì)鋼材焊接時(shí)應(yīng)選用與低標(biāo)號(hào)材質(zhì)相適應(yīng)的焊條。如：E43對應(yīng)Q235，E50對應(yīng)Q345．；Q235與Q345連接時(shí)，應(yīng)該選擇低強(qiáng)度的E43，而不是ES0。

    1.1.2螺栓連接分普通螺栓連接、高強(qiáng)螺栓連接。普通螺栓抗剪性能差，多用在次要結(jié)構(gòu)部位。高強(qiáng)螺栓根據(jù)受力特點(diǎn)分摩擦型連接和承壓型連接，兩種連接方式工作原理不同，可查閱相關(guān)資料，目前鋼結(jié)構(gòu)施工上摩擦型高強(qiáng)螺栓的連接應(yīng)用較廣泛，常用8.8s和10.9s兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。高強(qiáng)螺栓最小規(guī)格為Ml2，常用Ml6～M30。超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)中應(yīng)慎重使用。

    1.1.3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空  間及構(gòu)件吊裝順序等。構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場無法安裝是初學(xué)者常犯的錯(cuò)誤。此外，還應(yīng)盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場定位與臨  時(shí)固定。

    1.1.4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮制造廠的工藝水平。比如鋼管  連接節(jié)點(diǎn)的相貫線的切口需要數(shù)控機(jī)床等設(shè)備才能完成。

    1.2節(jié)點(diǎn)形式的選擇：

    1.2.1在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在結(jié)構(gòu)分析過程中就應(yīng)該想好用哪種節(jié)點(diǎn)形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選用，傳力特性不同判斷用剛節(jié)點(diǎn)、鉸節(jié)點(diǎn)還是半剛節(jié)點(diǎn)，連接方式的不同對結(jié)構(gòu)影響很大，比如：門式剛架結(jié)構(gòu)，為了降低用鋼量，鋼柱選用變截面柱子，那么柱腳節(jié)點(diǎn)做成鉸接，梁與柱連接處做成剛接就比較合理。

    1.2.2輕鋼結(jié)構(gòu)形式多樣，近年來，門式剛架鋼結(jié)構(gòu)獲得了迅速發(fā)展，這種體系用鋼省、造價(jià)低、制作簡便、施工期短、商品化程度高，而且造型美觀，適用面廣，顯示出很強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。門式剛架中，連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中極其重要的一環(huán)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)得當(dāng)與否，對保證結(jié)構(gòu)的整體性、可靠度以及建設(shè)周期和成本有著直接影響。輕型門式剛架中普遍采用高強(qiáng)度螺栓的端板連接，一般推薦采用端板連接作為主要的梁柱連接和構(gòu)件拼接節(jié)點(diǎn)。

2.國外改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)形式：

    2.1國內(nèi)外大量研究和實(shí)踐證明，在輕型鋼結(jié)構(gòu)的抗彎連接中，端板連接最為經(jīng)濟(jì)，它比通常的腹板、翼緣連接節(jié)省材料和緊固件，而且避免現(xiàn)場焊接，所以目前它己成為抗彎連接的主要形式。端板連接節(jié)點(diǎn)是輕型鋼結(jié)構(gòu)中普遍采用的連接形式，它可分為剛性節(jié)點(diǎn)、半剛性節(jié)點(diǎn)和鉸接節(jié)點(diǎn)三類，半剛性節(jié)點(diǎn)需要通過實(shí)驗(yàn)來取得較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，國內(nèi)設(shè)計(jì)一般不采用。

    同時(shí)，一些其他新型的節(jié)點(diǎn)連接形式也相應(yīng)出現(xiàn)；比如帶有加勁肋的剛性節(jié)點(diǎn)法蘭連接和無加勁肋的半剛老派性節(jié)點(diǎn)法蘭連接等。

    2.2鋼框架結(jié)構(gòu)的梁柱連接多按剛性連接設(shè)計(jì)，主梁與柱的連接具有足夠剛度。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到節(jié)點(diǎn)不滿足要求的，例如：箱形柱與工字鋼梁剛接時(shí)，對于箱形柱，最常見的是該柱強(qiáng)軸方向節(jié)點(diǎn)域屈暇承載力不滿足要求，[(Mpbl+Mpb2)／Vpl／[(4／3)]，需加厚腹板厚度；對于工字鋼梁，按抗震規(guī)范8.2.8條進(jìn)行梁柱連接的極限承載力驗(yàn)算，Mu=<1．2Mp，不滿足，需要加強(qiáng)蓋板的厚度(蓋板厚+梁翼緣厚)>柱翼緣厚!但無法加強(qiáng)!像這種情況整體加厚柱子腹板厚度，會(huì)導(dǎo)致過大的浪費(fèi)。于是我們經(jīng)常采用節(jié)點(diǎn)處換板來加以改進(jìn)。對于梁柱節(jié)點(diǎn)，可以選用楔形蓋板加強(qiáng)框架梁梁端與柱的剛性連接、在梁端下部加腋板加強(qiáng)框架梁梁端與柱的剛性連接、”犬骨式”的連接構(gòu)造等等。在設(shè)計(jì)中遇到節(jié)點(diǎn)連接不滿足的情況，我們要仔細(xì)分析原因，然后選擇合理的節(jié)點(diǎn)形式。

    2.3對于國外的一些報(bào)道，我們要從中學(xué)習(xí)，避免類似錯(cuò)誤再次發(fā)生。

    1994年1月17日發(fā)生在美國加州圣費(fèi)南多谷地的嶺地震和1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部地區(qū)的阪神地震是兩次陸域型強(qiáng)震。都導(dǎo)致了焊接鋼框架梁、柱連接節(jié)點(diǎn)的廣泛破壞。震后研究結(jié)果表明：兩國鋼框架破壞情況的報(bào)道，主要集中在梁柱混合連接的節(jié)點(diǎn)上，混合連接是一種現(xiàn)場連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過連接板與柱用高強(qiáng)度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字型柱，規(guī)定在梁翼緣連接處，工字型柱腹板上設(shè)置加勁肋。當(dāng)梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時(shí)，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則廣泛采用箱型柱，規(guī)定在箱型柱中設(shè)置隔板，腹板螺栓連接應(yīng)按框架達(dá)到塑性階段時(shí)的承載力設(shè)計(jì)，螺栓應(yīng)設(shè)置2—3列，也是為了考慮腹板可能承受的彎矩。我國對鋼結(jié)構(gòu)的研究還處在逐步深入階段，作為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要在學(xué)習(xí)中提高自己，在工作中積累經(jīng)驗(yàn)。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn)：

[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》(含2004年局部修改版)

[2]資料《北嶺地震和阪神地震后美日鋼框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)》

[3]國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011—2001(2008年版)中國建筑工業(yè)出版社，2008

本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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