鋼框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1、    鋼框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)    侯廣偉 陳立杰摘要：鋼框架主要是鋼梁與鋼柱相結(jié)合組成的，并能夠承受水平荷載以及垂直的的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，也是在多層鋼的結(jié)構(gòu)建筑當(dāng)中較為普遍的結(jié)構(gòu)體系，而梁柱節(jié)點(diǎn)的連接則是確保鋼結(jié)構(gòu)的重要安全部位。通過(guò)多次震害證明得出，鋼框架結(jié)構(gòu)由于在地震當(dāng)中極易受到一定的損壞，其受到損壞嚴(yán)重的位置就在于剛性梁柱節(jié)點(diǎn)。對(duì)此,就如何針對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討。關(guān)鍵詞：鋼框架結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：tu2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：引言：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和技術(shù)的不斷發(fā)展，框架結(jié)構(gòu)不再是采用單一的鋼筋混凝土.全鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、結(jié)構(gòu)面積小、工期短、延

2、性大、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，因而越來(lái)越多地被應(yīng)用到工程實(shí)踐中.常用的鋼框架結(jié)構(gòu)主要有下列幾種：純框架結(jié)構(gòu)體系、框架支撐體系以及鋼框架核心筒體系、帶伸臂桁架的鋼框架核心筒體系和筒體結(jié)構(gòu)體系等較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系.1.設(shè)計(jì)原則1.1平面設(shè)計(jì)原則全鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)力求建筑平面簡(jiǎn)單規(guī)則，平面和空間劃分合理，外形簡(jiǎn)潔便于結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)力求使結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力中心與水平作用合力中心接近重合，以減小結(jié)構(gòu)受扭的影響.抗側(cè)力構(gòu)件宜沿平面縱橫布置，做到分散、均勻、對(duì)稱。柱距不宜過(guò)大.柱網(wǎng)宜采用69m.結(jié)構(gòu)布置還應(yīng)盡量避免平面和豎向不規(guī)則，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)采用符合實(shí)際的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型并考慮扭轉(zhuǎn)影響，對(duì)于特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)宜采

3、用彈性時(shí)程分析法作為補(bǔ)充計(jì)算。1.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)焊縫弱鋼材”的“三強(qiáng)”設(shè)計(jì)原則.對(duì)于框架、支撐等桿系構(gòu)件，使節(jié)點(diǎn)的承載力高于構(gòu)件的承載力，防止節(jié)點(diǎn)的破壞先與構(gòu)件的破壞，是確保構(gòu)件整體性的必要條件.但對(duì)于框架，節(jié)點(diǎn)又不必過(guò)強(qiáng)，應(yīng)允許地震時(shí)梁柱節(jié)點(diǎn)域的板件能產(chǎn)生一定量的剪切屈服變形，以提高整個(gè)框架的延性?！皬?qiáng)柱弱梁”型框架，易于實(shí)現(xiàn)構(gòu)件總體屈服機(jī)制。地震時(shí)構(gòu)件的坍塌，最終原因是由于其構(gòu)件受地震作用損傷后承載力低于所承擔(dān)的重力荷載.一般情況下，框架梁僅承擔(dān)本樓層的重力荷載，而框架柱則需承擔(dān)本層以上更多樓層的重力荷載，強(qiáng)柱有利于提高框架的防坍塌能力。構(gòu)

4、件焊縫的延性一般均低于被連接件的鋼材延性，“強(qiáng)焊縫弱鋼材”即要求焊縫的承載力應(yīng)高于被連接件鋼材板件的承載力，可以使構(gòu)件的屈服截面避開焊縫而位于鋼板之中，從而提高構(gòu)件以至整個(gè)構(gòu)件的延性。2.對(duì)于節(jié)點(diǎn)連接的主要形式通常梁柱節(jié)點(diǎn)的連接形式主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：2.1在梁和柱所應(yīng)用的是丁字形的連接形式，在柱上會(huì)焊有安裝的用支托，而柱的腹板可以應(yīng)用橫向的加勁肋進(jìn)行加強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)具有較大的剛度，而缺點(diǎn)就是具有較大的施工難度，并且不易確保質(zhì)量。2.2在梁和柱之間以角鋼與蓋板的連接形式。在根據(jù)梁腹板和豎直角鋼的連接，從而傳遞剪力。在柱上會(huì)焊有用支托，可以避免仰焊，而在上部的水平板必須要小于梁翼緣，下其部要大于梁翼

5、緣。2.3應(yīng)用寬翼緣t形鋼的連接形式。其優(yōu)點(diǎn)就是可以提高柱的抗扭剛度，而缺點(diǎn)就是耗鋼量較多。3.在鋼框架結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)連接根據(jù)梁柱連接轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)造以及與剛度之間可以把梁柱的連接節(jié)點(diǎn)主要分為以下幾類。3.1剛性連接一般在剛性連接當(dāng)中主要包括了栓焊連接、全焊連接以及全栓連接。而對(duì)于這種構(gòu)造如果是在梁柱連接中是具有一定的剛性，而在梁柱間沒(méi)有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以承受彎矩。但是,在通常的情況下，如果框架是抵抗側(cè)力時(shí)，一般都是應(yīng)用剛性連接，但是,剛性連接如果從理論上講，它所承受的剪力與彎矩的能力都不會(huì)小于梁的承載力，也就是不會(huì)低于腹板全塑性剪力以及塑性鉸彎矩。3.2柔性連接在設(shè)計(jì)和分析的過(guò)程中,如果該構(gòu)造在承

6、受重力的荷載時(shí)它不會(huì)傳遞彎矩，只會(huì)傳遞剪力，所以，應(yīng)用這種方法其實(shí)就是為了達(dá)到簡(jiǎn)支梁支撐條件，也就是在梁端并沒(méi)有發(fā)生線位移，卻可以轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3半剛性連接該連接是作為轉(zhuǎn)動(dòng)剛度在剛接與柔性連接之間節(jié)點(diǎn)的連接形式。由此可以看出，在這三種接連當(dāng)中，如果應(yīng)用柔性連接時(shí)，其構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，然而在耗能與剛度方面性能會(huì)較差，而結(jié)構(gòu)的抗震能力與抗風(fēng)能力不夠完善。而應(yīng)用剛性連接，其具有較好的受力性能，但構(gòu)造較為復(fù)雜，不利于施工，所以難以確保其質(zhì)量。但是，在應(yīng)用半剛性連接當(dāng)中，它所具有柔性連接與剛接的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也可以減少梁跨中彎矩，而加強(qiáng)了側(cè)向的剛度，并且具有良好的承載能力。此外，在施工過(guò)程當(dāng)中，它的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，可

7、以保證其施工質(zhì)量。4.材料選取4.1材料的選取除了滿足強(qiáng)度要求，還應(yīng)具有沖擊韌性的指標(biāo)也要有所要求?？刹捎孟谋葲_擊試驗(yàn)來(lái)選材和進(jìn)行質(zhì)量控制，所用材料應(yīng)嚴(yán)格滿足有關(guān)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)所要求的沖擊。4.2對(duì)厚鋼板母材的材質(zhì)要求：厚壁鋼材焊接的致命缺陷是發(fā)生沿母材板厚方向的層狀撕裂與母材的z向勝能有很大關(guān)系，一般認(rèn)為莊鋼材中含有硫、磷等有害雜質(zhì)使軋制過(guò)程中易形成片狀硫化夾雜物等材質(zhì)缺陷只能導(dǎo)致鋼材沿板厚方向受力時(shí)一通常為焊接收縮應(yīng)力容易分層撕裂發(fā)生層狀撕裂后般很難修復(fù)。因此，剛頒布的高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中，特別規(guī)定各類板厚度最小值。改善厚鋼板的z向性能與冶煉工藝有關(guān)國(guó)際上通行的做法有兩種：一是提純法，通

8、過(guò)降低鋼材中硫、磷的含量達(dá)到提高z方向性能的目的，目前我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用此法z向吐能分為三個(gè)等級(jí)的與含硫量指標(biāo)有關(guān)，在大連遠(yuǎn)洋大廈高層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中特別將含硫量、磷量統(tǒng)一做了控制。另一種做法是通過(guò)特殊的冶煉工藝將硫化物等有害雜質(zhì)剔除。4.3焊縫金屬應(yīng)與母材強(qiáng)度相匹配：q235鋼應(yīng)選用e43型焊條或相應(yīng)的焊絲；16mn鋼應(yīng)選用e50型焊條或相應(yīng)的焊絲；15mnv鋼應(yīng)選用e55型焊條或相應(yīng)的焊絲。5.樓板與梁的節(jié)點(diǎn)連接多高層建筑的樓蓋一般為鋼與砼組合樓蓋，樓板應(yīng)具有足夠的剛性，以傳遞和分配地震作用.樓蓋梁可采用鋼砼組合梁.樓板宜采用壓型鋼板上現(xiàn)澆鋼筋砼的組合樓板或非組合樓板以方便施工.樓板與鋼梁之間連接

9、也是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵，可靠的連接能保證樓蓋的整體性，從而有效地傳遞和分配地震作用.特別是在樓板與鋼梁邊緣，施工時(shí)一定要采取有效的措施，砼一定要振搗密實(shí)，避免漏漿.板與鋼梁之間必須采用剪力連接件使兩種材料連接，連接件根據(jù)其變形能力的不同分剛性連接和柔性連接，方鋼及t型鋼為剛性連接；圓柱頭栓釘、槽鋼及彎鋼筋連接屬柔性連接，常用的連接件為圓柱頭栓釘連接，栓釘直徑為1625mm.抗剪連接件的設(shè)置應(yīng)符合以下規(guī)定：栓釘連接件釘頭高出翼板底部鋼筋頂面不宜小于30mm，這主要是為了保證連接件在混凝土翼板與鋼梁之間發(fā)揮抗掀起作用，并且底部鋼筋能作為連接件根部附近混凝土的橫向鋼筋，防止混凝土由于連接件的局部受壓

10、作用而開裂. 連接件沿梁跨度方向的最大間距不應(yīng)大于混凝土翼板（包括托板）厚度的4倍，且不大于400mm，這主要是為了防止在混凝土翼板與鋼梁接觸面間產(chǎn)生過(guò)大的裂縫，影響組合梁的整體工作性能和耐久性. 連接件的外側(cè)邊緣與鋼梁翼緣邊緣之間不應(yīng)小于20mm. 連接件的外側(cè)邊緣至混凝土板邊緣間的距離不應(yīng)小于100mm. 連接件頂面的混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)不小于15mm.6.結(jié)語(yǔ)鋼框架結(jié)構(gòu)越來(lái)越多地應(yīng)用到工程實(shí)際中，作為結(jié)構(gòu)工程師必須要根據(jù)建筑的特性、使用功能以及設(shè)計(jì)原則等方面,從而合理的應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系,并且要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的重要特性,而選用適當(dāng)?shù)臉?gòu)件截面。此外,在節(jié)點(diǎn)域的范圍里,必須要應(yīng)用合理的措施,既要節(jié)約又要安全。在應(yīng)用其軟件時(shí),要按照工程的主要特性,并合理規(guī)范地選擇計(jì)算參數(shù),以保證其準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)當(dāng)中,必須要按照設(shè)計(jì)的依據(jù)、技術(shù)數(shù)據(jù)、荷載、選擇材料的具體要求、結(jié)構(gòu)的布置、設(shè)計(jì)要求、選擇構(gòu)件截面