高層建筑鋼結(jié)構(gòu)-第六章節(jié)點設(shè)計

1、v節(jié)點傳力應(yīng)簡捷、明確、可靠，其計算簡圖應(yīng)與實節(jié)點傳力應(yīng)簡捷、明確、可靠，其計算簡圖應(yīng)與實際受力一致；際受力一致；v節(jié)點應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度，其承載力應(yīng)等于或節(jié)點應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度，其承載力應(yīng)等于或高于構(gòu)件的承載力；高于構(gòu)件的承載力；v采取合理的細(xì)部構(gòu)造，使節(jié)點具有足夠的延性和韌采取合理的細(xì)部構(gòu)造，使節(jié)點具有足夠的延性和韌性；性；v簡化節(jié)點構(gòu)造，便于制作和安裝，經(jīng)濟(jì)合理。簡化節(jié)點構(gòu)造，便于制作和安裝，經(jīng)濟(jì)合理。1) 設(shè)計原則設(shè)計原則v當(dāng)非抗震設(shè)防時，應(yīng)按結(jié)構(gòu)處于彈性受力階段設(shè)計；當(dāng)非抗震設(shè)防時，應(yīng)按結(jié)構(gòu)處于彈性受力階段設(shè)計；v當(dāng)抗震設(shè)防時，應(yīng)按結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段設(shè)計；當(dāng)抗震設(shè)防時，應(yīng)按結(jié)

2、構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段設(shè)計；2) 設(shè)計方法設(shè)計方法節(jié)點連接的承載力應(yīng)高于構(gòu)件截面的承載力節(jié)點連接的承載力應(yīng)高于構(gòu)件截面的承載力節(jié)點處構(gòu)件塑性區(qū)的板件寬厚比應(yīng)滿足抗震規(guī)范要求節(jié)點處構(gòu)件塑性區(qū)的板件寬厚比應(yīng)滿足抗震規(guī)范要求應(yīng)有平面外隅撐防止梁平面外失穩(wěn)應(yīng)有平面外隅撐防止梁平面外失穩(wěn)3) 節(jié)點分類節(jié)點分類梁柱連接、柱的拼接、梁的拼接、次梁與主梁的連梁柱連接、柱的拼接、梁的拼接、次梁與主梁的連接、支撐節(jié)點連接、柱腳等接、支撐節(jié)點連接、柱腳等1) 節(jié)點分類與構(gòu)造特點節(jié)點分類與構(gòu)造特點v梁與柱的剛性連接梁與柱的剛性連接v梁端垂直于工字形柱腹板的剛性連接梁端垂直于工字形柱腹板的剛性連接v梁與柱的半剛性連接梁與柱的

3、半剛性連接v梁與柱的鉸接連接梁與柱的鉸接連接v柱兩側(cè)梁高不等時的剛性節(jié)點柱兩側(cè)梁高不等時的剛性節(jié)點2) 梁柱剛性節(jié)點的非抗震設(shè)計梁柱剛性節(jié)點的非抗震設(shè)計典型剛性連接的承載力驗算典型剛性連接的承載力驗算v梁翼緣和腹板分別承擔(dān)彎矩和剪力原則梁翼緣和腹板分別承擔(dān)彎矩和剪力原則梁翼緣與柱翼緣的對接焊縫：梁翼緣與柱翼緣的對接焊縫：wtffffthtbM)(梁腹板的角焊縫：梁腹板的角焊縫：wfewfhlV2 M、V梁端彎矩和剪力設(shè)計值梁端彎矩和剪力設(shè)計值v全截面受彎設(shè)計原則全截面受彎設(shè)計原則梁翼緣與柱翼緣的對接焊縫：梁翼緣與柱翼緣的對接焊縫：wtfffffthtbM)(梁腹板的角焊縫梁腹板的角焊縫(同時承

4、受彎同時承受彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力)：wffffewfwewffhlVlhM222)/(2 , 3梁翼緣和腹板根據(jù)其剛度比分擔(dān)彎矩：梁翼緣和腹板根據(jù)其剛度比分擔(dān)彎矩：wfwwwfffIIIMMIIIMM梁腹板與柱翼緣抗剪板采用梁腹板與柱翼緣抗剪板采用高強(qiáng)螺栓連接時，最外側(cè)螺高強(qiáng)螺栓連接時，最外側(cè)螺栓承受的剪力：栓承受的剪力：bviwvNnVyyMN9 . 0222123530yccwfht 節(jié)點無水平加勁肋時的柱腹板的驗算節(jié)點無水平加勁肋時的柱腹板的驗算cebfbwbfbcwefbfAtfAftbcbfbcffAt4 . 0在梁的受壓翼緣處，柱腹板的厚度在梁的受壓翼緣處，柱腹板的厚

5、度tw應(yīng)同時滿足：應(yīng)同時滿足： 局部承壓條件：局部承壓條件： 局部穩(wěn)定條件：局部穩(wěn)定條件：在梁的受拉翼緣處，柱翼緣板的厚度在梁的受拉翼緣處，柱翼緣板的厚度tc按強(qiáng)度計算應(yīng)滿按強(qiáng)度計算應(yīng)滿足：足：cebfbwfbfAt23530yccwfht cbfbcffAt4 . 0式中：式中：Afb為梁受壓、受拉翼緣的截面面積；為梁受壓、受拉翼緣的截面面積；fc、 fb 為柱、梁鋼為柱、梁鋼材強(qiáng)度設(shè)計值；材強(qiáng)度設(shè)計值；be為集中力作用下柱腹板計算高度邊緣處為集中力作用下柱腹板計算高度邊緣處的壓應(yīng)力假定分布長度，的壓應(yīng)力假定分布長度，betb5hy tb5(tc+ hf)； fyc為為柱鋼材屈服點。柱鋼材屈

6、服點。節(jié)點有水平加勁肋時柱腹板的驗算節(jié)點有水平加勁肋時柱腹板的驗算vwcbbbfthhMM3421節(jié)點域腹板剪切強(qiáng)度的驗算：節(jié)點域腹板剪切強(qiáng)度的驗算：vpbbfVMM3421式中：式中：fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計值；為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計值；Vp為節(jié)點域腹板體積，為節(jié)點域腹板體積，當(dāng)柱為工字形截面時：當(dāng)柱為工字形截面時：Vphbhctw，箱形截面時：，箱形截面時： Vp1.8hbhctw。為防止節(jié)點域局部失穩(wěn)，節(jié)點域板厚應(yīng)滿足：為防止節(jié)點域局部失穩(wěn)，節(jié)點域板厚應(yīng)滿足：90bcwhht3)梁柱剛性節(jié)點的抗震設(shè)計梁柱剛性節(jié)點的抗震設(shè)計節(jié)點承載力驗算節(jié)點承載力驗算式中：式中：Mp為被連接構(gòu)件（梁或柱）全塑性

7、彎矩；為被連接構(gòu)件（梁或柱）全塑性彎矩； l為梁的凈跨度；為梁的凈跨度； Mu、Vu分別為連接的抗彎、抗剪最大承載力。分別為連接的抗彎、抗剪最大承載力。ywwpupufthlMVMM58. 0 )/2(3 . 12 . 11.2實際屈服強(qiáng)度可能高于實際屈服強(qiáng)度可能高于規(guī)定值的修正系數(shù)；規(guī)定值的修正系數(shù)；1.3在在1.2基礎(chǔ)上，再考慮跨基礎(chǔ)上，再考慮跨中荷載影響；中荷載影響；節(jié)點一般由節(jié)點一般由焊接焊接或或高強(qiáng)度螺栓高強(qiáng)度螺栓連接，在抗震設(shè)計中，連接，在抗震設(shè)計中，連接的承載力應(yīng)高于構(gòu)件的屈服承載力。連接的承載力應(yīng)高于構(gòu)件的屈服承載力。Mu、 Mp按鋼材抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下限計算：按鋼材抗拉強(qiáng)度

8、和屈服強(qiáng)度下限計算：yppupufWMfWM式中：式中：Wp連接的塑性抵抗矩連接的塑性抵抗矩 Wp被連接構(gòu)件的塑性抵抗矩被連接構(gòu)件的塑性抵抗矩 fu連接的抗拉強(qiáng)度下限連接的抗拉強(qiáng)度下限 fy鋼材的屈服強(qiáng)度鋼材的屈服強(qiáng)度相當(dāng)于對形心相當(dāng)于對形心軸的面積矩軸的面積矩矩形截面：矩形截面：工字形截面：工字形截面：箱形截面：箱形截面：24141212bhhhbWpWp的計算方法的計算方法)(4/)2( )2/2/(2)2(4122fffwfffwpthbtthtthbtthtW)(2/)2( )2/2/(2)2(41222fffwfffwpthbtthtthbtthtW當(dāng)節(jié)點處的被連接構(gòu)件尚有軸力作用時

9、當(dāng)節(jié)點處的被連接構(gòu)件尚有軸力作用時要用要用Mpc代代替替Mp，計算如下：，計算如下：v繞強(qiáng)軸的工字形截面和箱形截面 當(dāng) 時， 當(dāng) 時，v繞弱軸的工字形截面 當(dāng) 時， 當(dāng) 時，13. 0/yNNppcMM13. 0/yNNpypcMNNM)/1 (15. 1nwnyAANN/ppcMMnwnyAANN/pywnyywnpcMfANfANM21式中：Mpc為被連接構(gòu)件的全塑性彎矩；NyAnfy；An為構(gòu)件凈截面面積； Awn為構(gòu)件腹板凈截面面積。當(dāng)工字形梁翼緣用對接焊縫、腹板用角焊縫連接時：當(dāng)工字形梁翼緣用對接焊縫、腹板用角焊縫連接時：3/23/241)(2uweuuweuffuflhVflhft

10、hAMMu、Vu的計算方法的計算方法式中：式中：Af梁一個翼緣的截面積；梁一個翼緣的截面積；he角焊縫的有效厚度；角焊縫的有效厚度；lw角焊縫的有效長度；角焊縫的有效長度； fu焊縫抗拉強(qiáng)度下限。焊縫抗拉強(qiáng)度下限。簡化計算時，簡化計算時，常忽略常忽略當(dāng)梁翼緣用對接焊縫、腹板用高強(qiáng)螺栓連接時：當(dāng)梁翼緣用對接焊縫、腹板用高強(qiáng)螺栓連接時： , min)()(bcubvuubveuffunNnNVNlfthAM式中：式中：Nvub、Ncub一個高強(qiáng)螺栓的一個高強(qiáng)螺栓的最大抗剪強(qiáng)度和對應(yīng)的板件極最大抗剪強(qiáng)度和對應(yīng)的板件極限承壓強(qiáng)度：限承壓強(qiáng)度：ubcubcububefbvuftdftdNfAnN5 .

11、158. 0簡化計算時，簡化計算時，常忽略常忽略fub高強(qiáng)螺栓最小抗拉強(qiáng)度；高強(qiáng)螺栓最小抗拉強(qiáng)度；le螺栓群形心線兩側(cè)一對螺栓的距離。螺栓群形心線兩側(cè)一對螺栓的距離。 ybpbcycpcfWANfW)/(式中：式中：Wpc、Wpb分別為節(jié)點處柱和梁的截面塑性模量；分別為節(jié)點處柱和梁的截面塑性模量；N為柱軸向壓力設(shè)計值；為柱軸向壓力設(shè)計值；Ac為柱截面面積；為柱截面面積；為為超強(qiáng)系數(shù)，超強(qiáng)系數(shù)，6層以上鋼框架，層以上鋼框架，6度度類場地和類場地和7度度時可取時可取1.0，8度時取度時取1.05，9度時取度時取1.15。純框架節(jié)點處的強(qiáng)柱弱梁條件純框架節(jié)點處的強(qiáng)柱弱梁條件節(jié)點域承載力驗算：節(jié)點域承

12、載力驗算：vppbpbfVMM)34(/ )(21式中：式中：Mpb1、Mpb2為節(jié)點兩側(cè)梁的全塑性受彎承載力；為節(jié)點兩側(cè)梁的全塑性受彎承載力；為折減系數(shù)，為折減系數(shù)，6度度類場地和類場地和7度時可取度時可取0.6，8、9度時取度時取0.7。亦應(yīng)滿足節(jié)點域不失去局部穩(wěn)定的板厚要求亦應(yīng)滿足節(jié)點域不失去局部穩(wěn)定的板厚要求在梁柱可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)段，應(yīng)該限制板件寬厚比，在梁柱可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)段，應(yīng)該限制板件寬厚比，防止局部屈曲，保證耗能作用的發(fā)揮。防止局部屈曲，保證耗能作用的發(fā)揮。受壓板件寬厚比的三個等級：受壓板件寬厚比的三個等級：I：全截面進(jìn)入塑性，出現(xiàn)塑：全截面進(jìn)入塑性，出現(xiàn)塑性鉸，要求轉(zhuǎn)動能

13、力；性鉸，要求轉(zhuǎn)動能力；II：截面進(jìn)入塑性，但不要求：截面進(jìn)入塑性，但不要求轉(zhuǎn)動能力；轉(zhuǎn)動能力；III：邊緣纖維屈服，傳統(tǒng)的彈：邊緣纖維屈服，傳統(tǒng)的彈性設(shè)計。性設(shè)計。相當(dāng)于相當(dāng)于8、9度抗震設(shè)度抗震設(shè)防要求防要求相當(dāng)于相當(dāng)于7度抗震設(shè)防度抗震設(shè)防要求要求相當(dāng)于相當(dāng)于6度或非抗震度或非抗震設(shè)防要求設(shè)防要求各種構(gòu)件的寬厚比要求，詳見構(gòu)件設(shè)計一章。各種構(gòu)件的寬厚比要求，詳見構(gòu)件設(shè)計一章。構(gòu)件塑性區(qū)的局部穩(wěn)定構(gòu)件塑性區(qū)的局部穩(wěn)定4)梁柱剛性節(jié)點的設(shè)計例題梁柱剛性節(jié)點的設(shè)計例題大連遠(yuǎn)洋大廈大連遠(yuǎn)洋大廈A座鋼結(jié)構(gòu)某節(jié)點設(shè)計（座鋼結(jié)構(gòu)某節(jié)點設(shè)計（7度）度）H型梁與箱形柱栓焊混合剛性連接型梁與箱形柱栓焊混合剛

14、性連接柱截面：柱截面：700 x700 x50，fy295MPa梁截面：梁截面：H500 x220 x10 x25 ，fy325MPa梁柱梁柱fu490MPa梁翼緣完全焊透的坡口對焊，梁翼緣完全焊透的坡口對焊，E50，二，二級，級， ftw295MPa， fu490MPa；梁腹板用梁腹板用10.9級高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，級高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，噴砂噴砂=0.4，M22，預(yù)緊力，預(yù)緊力P=190kN。彈性內(nèi)力彈性內(nèi)力M655kNm，V298kNA26/7 .250)25500(2522010655)(mmNthbtMff焊縫強(qiáng)度梁翼緣完全焊透的對接滿足要求。 /2952mmNfwtBkNPnNfbv

15、4 .681904 . 019 . 09 . 0設(shè)計值：每個高強(qiáng)螺栓的承載力螺栓連接計算梁腹板與柱之間的高強(qiáng)高強(qiáng)螺栓。個實際取個所需螺栓數(shù)目：22M5 ,8 . 44 .689 . 02989 . 0bvNVn考慮焊接熱影響對高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力損失的影響系數(shù)考慮焊接熱影響對高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力損失的影響系數(shù)mmfndlVtv5 . 6165)245400(10298)(30腹板連接板厚度：。實際取mm12C算節(jié)點抗震極限承載力驗mkNfthbtMuffu1280490)25500(25220)(mkNfWMypp10143253118750求。極限彎曲承載力滿足要 12172 . 11280mkNMMp

16、ukNfAVuwnu9 .937490330058. 058. 0 1抗剪承載力腹板凈截面面積的極限kNfAVuPLnu9 .95449012)245400(58. 058. 0 2的極限抗剪承載力腹板連接板凈截面面積kNftndVkNfAnnVbcuububefu2 .9704905 . 112225 8 .913104030358. 0558. 0 43限抗剪承載力腹板連接高強(qiáng)螺栓的極求極限抗剪承載力滿足要kNfthkNlMkNVVVVVywwnpuuuuu84832510)252500(58. 058. 0 6 .3173 . 8/101423 . 1)/2(3 . 1 8 .913,m

17、in4321D371043. 2)502700()252500(8 . 18 . 1mmthhVwcbp節(jié)點域彈性階段驗算：滿足要求 /8 .25885. 0/165) 3/4(/) 3/4(/9 .53)1043. 2/(10)655655(/ )(227621mmNfmmNVMMREvpbb滿足節(jié)點域局部穩(wěn)定驗算： 7 .1190/ )600450(90/ )(50cbwhht滿足：節(jié)點域屈服承載力驗算 /200165) 3/4() 3/4(/0 .50)1043. 2/(10)10141014(6 . 0/ )(227621mmNfmmNVMMvppbpb1) 柱的截面形式柱的截面形式2

18、) 柱柱接頭柱柱接頭v部分熔透焊縫部分熔透焊縫（用于非抗震結(jié)構(gòu)）（用于非抗震結(jié)構(gòu)）v箱形截面的工地焊接箱形截面的工地焊接v工地接頭的安裝耳板工地接頭的安裝耳板v變截面處構(gòu)造變截面處構(gòu)造H鋼邊柱鋼邊柱H鋼中柱鋼中柱箱形邊柱箱形邊柱箱形中柱箱形中柱非抗震結(jié)構(gòu)也可采用以下的變截面構(gòu)造非抗震結(jié)構(gòu)也可采用以下的變截面構(gòu)造v箱形柱與十字形柱的連接箱形柱與十字形柱的連接1) 梁梁的鉸接連接梁梁的鉸接連接v次梁與主梁的疊接次梁與主梁的疊接v次梁與主梁的平接次梁與主梁的平接2) 梁梁的剛接梁梁的剛接我國規(guī)范?。何覈?guī)范?。涸O(shè)置側(cè)向支承點的必要性：設(shè)置側(cè)向支承點的必要性： 保證梁上塑性鉸轉(zhuǎn)動過程中，不出現(xiàn)梁的整體

19、失穩(wěn)。保證梁上塑性鉸轉(zhuǎn)動過程中，不出現(xiàn)梁的整體失穩(wěn)。側(cè)向支承桿件（次梁或隅撐）的要求：側(cè)向支承桿件（次梁或隅撐）的要求： 要有足夠的強(qiáng)度和剛度。要有足夠的強(qiáng)度和剛度。受壓區(qū)受壓區(qū)受拉區(qū)受拉區(qū)視為壓桿，不受受拉區(qū)約束：視為壓桿，不受受拉區(qū)約束：支承側(cè)向力支承側(cè)向力F(1%3%)Afy/2235/85yyfffAF 3) 梁的側(cè)向隅撐梁的側(cè)向隅撐4) 鋼梁洞口的補(bǔ)強(qiáng)鋼梁洞口的補(bǔ)強(qiáng)1) 埋入式柱腳受力特點埋入式柱腳受力特點鋼柱底端直接埋入基礎(chǔ)梁或地下室墻體鋼柱底端直接埋入基礎(chǔ)梁或地下室墻體傳力方式傳力方式軸力軸力的的1/3由底板由底板直接傳給基礎(chǔ)，其直接傳給基礎(chǔ)，其他由栓釘承擔(dān)。他由栓釘承擔(dān)。彎矩彎

20、矩靠與混凝土壁靠與混凝土壁的擠壓力平衡。的擠壓力平衡。2) 埋入式柱腳構(gòu)造埋入式柱腳構(gòu)造3) 外包式柱腳的受力特點外包式柱腳的受力特點柱底端擱置在基礎(chǔ)頂面，基礎(chǔ)伸出柱底端擱置在基礎(chǔ)頂面，基礎(chǔ)伸出鋼筋混凝土短柱將柱腳包住。鋼筋混凝土短柱將柱腳包住。鋼柱與基礎(chǔ)鉸接時，軸壓力通過底鋼柱與基礎(chǔ)鉸接時，軸壓力通過底板和栓釘傳給基礎(chǔ)；軸拉力通過底板和栓釘傳給基礎(chǔ)；軸拉力通過底板外伸邊緣和錨栓傳給基礎(chǔ)。板外伸邊緣和錨栓傳給基礎(chǔ)。鋼柱與基礎(chǔ)剛接時，彎矩與剪力全部由外包鋼筋混凝鋼柱與基礎(chǔ)剛接時，彎矩與剪力全部由外包鋼筋混凝土短柱承擔(dān)，再傳給基礎(chǔ)。土短柱承擔(dān)，再傳給基礎(chǔ)。栓釘起著至關(guān)重要的作用。栓釘起著至關(guān)重要的作用。