H型鋼柱拼接節(jié)點技術(shù)手冊

H型鋼柱拼接節(jié)點技術(shù)手冊柱與柱拼接連接節(jié)點，理想情況應是設置在內(nèi)力較小位置。不過，在現(xiàn)場從施工難易和提升安裝效率方面考慮，通?？蚣苤唇舆B接接頭宜設置在框架梁上方1.3m附近。為了便于制造和安裝，降低柱拼接連接節(jié)點數(shù)目，通常情況下，柱安裝單元以三層為一根。特大或特重柱，其安裝單元應依照起重、運輸、吊裝等機械設備能力來確定。H型鋼柱拼接，其翼緣板拼接主要有高強度螺栓+拼接板雙剪拼接、單剪拼接，或翼緣板直接采取完全焊透坡口對接焊縫連接；腹板拼接主要采取高強度螺栓+拼接板雙剪拼接。我們慣用形式主要是：翼緣板拼接為采取完全焊透坡口對接焊縫連接，腹板拼接主要采取高強度螺栓+拼接板雙剪拼接。其余形式下各種拼接組合也會用到，計算時應該依照實際拼接方式加以驗算。拼接節(jié)點驗算主要遵照《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點設計手冊》（第二版）中相關(guān)條文及要求。通常情況下，作用于柱拼接節(jié)點處內(nèi)力有軸心壓力、彎矩和剪力。當拼接連接處內(nèi)力小于柱承載力設計值二分之一時，從柱連續(xù)性來衡量拼接連接節(jié)點性能，其設計用內(nèi)力應取柱承載力設計值1/2。非抗震設防高層鋼結(jié)構(gòu)，當在拼接連接處不產(chǎn)生拉力，且被連接柱端面經(jīng)過銑平加工且緊密結(jié)合時，其軸心壓力和彎矩25%分別由柱端面直接傳遞。也就是說，符合上述要求柱拼接節(jié)點連接，可分別按軸心壓力和彎矩75%來計算，而剪力是不能經(jīng)過柱端接觸面?zhèn)鬟f。柱拼接連接，對H形截面柱其翼緣通常采取完全焊透坡口對接焊縫連接，腹板采取高強度螺栓連接；也可全部采取高強度螺栓連接。當采取高強度螺栓連接時，翼緣和腹板拼接連接板應盡可能成對設置，而且兩側(cè)連接板面積分布應盡可能與柱截面相一致；在有彎矩作用拼接連接節(jié)點中，拼接連接板截面面積和截面抵抗矩均應大于母材截面面積和截面抵抗矩。柱拼接連接，當采取完全焊透坡口對接焊縫連接時，尚應采取以下方法。（1）為確保上、下柱拼接連接焊縫根部間隙，可依照詳細情況，選取以下方法：①利用柱腹板拼接連接板支承上柱。②利用上、下柱腹板（端面經(jīng)加工）斷面緊密接觸。③在工廠預先按要求于拼接處設置連接襯板，并將經(jīng)加工端面緊密接觸。④采取上述方法組合。（2）為確保柱拼接連接節(jié)點安裝質(zhì)量和架設安全，在柱拼接處須適當設置安裝耳板作為暫時固定。此時安裝耳板長度、寬度和厚度及其連接焊縫、暫時固定螺栓數(shù)目，應依照柱子安裝單元自重和安裝時可能出現(xiàn)最大陣風以及其余施工荷載來確定。但不論怎樣，安裝耳板厚度不應小于10mm；安裝耳板與柱連接，當采取雙面角焊縫時，其焊腳尺寸不宜小于8mm；連接螺栓數(shù)目上柱和下柱各為3個，直徑不應小于20mm；安裝耳板長度和寬度可依照連接螺栓設置結(jié)構(gòu)要求和焊縫操作極限尺寸來確定。柱需要改變截面時，通常應盡可能地保持截面高度不變，而采取改變翼緣厚度（或板件厚度）方法。若需改變柱截面高度時，通經(jīng)常將變截面段設于梁與柱連接節(jié)點處，使柱在層間保持等截面。這么，柱外帶懸臂梁段不規(guī)則連接在工廠完成，以確保制作和安裝質(zhì)量。變截面坡度，通?？稍?：4~1：6范圍內(nèi)采取，通常取1：5或1：6。對邊列柱變截面時，其連接尚應考慮因為上下柱中心偏離所產(chǎn)生附加彎矩影響。連接設計柱拼接連接節(jié)點，其設計計算方法通常有：（1）等強度設計法（2）實用設計法（一）等強度設計法等強度設計法是按被連接柱翼緣和腹板凈截面面積等強度條件來進行拼接連接設計。它多用于抗震設計或彈塑性設計結(jié)構(gòu)中柱拼接連接設計，以確保結(jié)構(gòu)體連續(xù)性、強度和剛度。當柱拼接連接采取焊接連接時，通常采取完全焊透坡口對接焊縫連接，并采取引弧板施焊。此時，視焊縫與被連接翼緣和腹板是等強度，無須進行焊縫強度計算。H形截面柱拼接連接有：柱翼緣采取焊縫連接，腹板采取高強度螺栓摩擦型連接。翼緣焊接連接，通常也是采取完全焊透坡口對接焊縫連接，并采取引弧板施焊。此時，視焊縫與被連接翼緣是等強度，無須進行焊縫強度計算；而腹板連接所需摩擦型連接高強度螺栓及其拼接連接板，可按全部采取高強度螺栓進行拼接連接關(guān)于要求來確定。H形截面柱拼接連接還有：柱翼緣和腹板全部采取高強度螺栓摩擦型連接。采取等強度設計法進行柱翼緣和腹板全部采取摩擦型連接高強度螺栓拼接連接設計時，可按以下要求確定。（1）作用于柱拼接連接處內(nèi)力有軸心壓力、彎矩和剪力。柱拼接連接按等強度設計法設計內(nèi)力，可按以下公式計算：軸心壓力彎矩剪力參數(shù)說明：為柱扣除高強度螺栓孔后凈截面模量，可按下式計算：為柱扣除高強度螺栓孔后凈截面慣性矩，可按下式計算：為柱毛截面慣性矩，可按下式計算：為柱翼緣毛截面慣性矩，可按下式計算：為柱腹板毛截面慣性矩，可按下式計算：為柱截面高度；為柱截面寬度（翼緣寬度）；為柱單側(cè)翼緣計算減弱截面上高強度螺栓數(shù)目，對并列布置（翼緣上共有兩列），或（翼緣上共有四列），對錯列布置可近似?。ㄒ砭壣瞎灿兴牧?，但中間兩列錯列布置）；為柱翼緣高強度螺栓孔徑；為柱翼緣厚度；為柱腹板厚度；為柱腹板高強度螺栓孔徑；為柱截面中和軸至腹板高強度螺栓孔中心距離；為柱單側(cè)翼緣扣除高強度螺栓孔后凈截面面積，可按下式計算：為柱腹板扣除高強度螺栓孔后凈截面面積，可按下式計算（也可近似地取腹板毛截面面積0.85倍）：為柱腹板高度；為柱腹板計算減弱截面上高強度螺栓數(shù)目；為鋼材抗拉、抗壓和抗彎強度設計值，依照計算點處鋼板材質(zhì)、厚度不一樣而取不一樣數(shù)值，按下文表格中數(shù)值采??；為鋼材抗剪強度設計值，依照計算點處鋼板材質(zhì)、厚度不一樣而取不一樣數(shù)值，按下文表格中數(shù)值采取。（2）按照等強度條件，拼接連接承載力設計值應等于柱子板件承載力設計值。柱子在軸心壓力、彎矩和剪力共同作用下，柱翼緣等強度條件是：所以柱翼緣拼接連接則取作為設計內(nèi)力值（即）。此時柱子單側(cè)翼緣連接所需高強度螺栓數(shù)目，應按下式計算：參數(shù)說明：為一個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設計值；其余參數(shù)按前文參數(shù)說明。（3）同理，按照等強度條件，柱子在軸心壓力、彎矩和剪力共同作用下，柱腹板等強度條件是：所以柱腹板拼接連接則取作為設計內(nèi)力值（即）。此時柱腹板連接所需高強度螺栓數(shù)目，應按下式計算：參數(shù)說明：參數(shù)按前文參數(shù)說明。等強度設計法多用于結(jié)構(gòu)按抗震設計或彈塑性設計中柱拼接連接設計，以確保構(gòu)件連續(xù)性、強度和剛度。所以此處對H形鋼柱拼接節(jié)點做抗震驗算?？拐痱炈銜r，需滿足螺栓孔等對構(gòu)件全截面減弱率不應大于25%。按抗震設計高層鋼結(jié)構(gòu)，其連接節(jié)點最大承載力，可分別按以下要求確定，同時應滿足相關(guān)要求。（1）焊縫極限承載力應按以下公式計算：對接焊縫受拉角焊縫受剪參數(shù)說明：為焊縫有效受力面積；為構(gòu)件母材抗拉強度最小值，對Q235鋼；對Q345鋼；對Q390鋼；對Q420鋼。（2）高強度螺栓連接極限受剪承載力，應取以下二式計算較小者：考慮到螺栓連接中部分螺栓破壞出現(xiàn)在螺栓桿而不是螺紋處，使螺栓連接最大抗剪承載力在整體上有所提升，所以式中0.58可用0.75代替。軟件計算過程中，考慮到計算普遍性及安全性，仍采取0.58計算。參數(shù)說明：、分別為一個高強度螺栓極限受剪承載力和對應板件極限承壓力；為螺栓連接剪切面數(shù)量；為螺栓螺紋處有效截面面積；為螺栓鋼材抗拉強度最小值；對10.9級高強螺栓；對8.8級高強螺栓為螺栓桿直徑；為同一受力方向鋼板厚度之和；為螺栓連接板極限承壓強度，取。螺栓螺紋處有效截面面積（3）有螺栓孔等減弱桿件最大承載力，可按以下公式計算：對軸心拉力（取二者小值）對剪力參數(shù)說明：為扣除螺栓孔等以后凈截面面積；為拉力方向端距；為受拉桿件在連接處厚度；為構(gòu)件母材抗拉強度最小值。按抗震設計高層鋼結(jié)構(gòu)，其連接節(jié)點最大承載力，應分別滿足以下要求。連接彈性設計時，構(gòu)件上下翼緣端截面應滿足連接彈性設計要求，腹板應計入剪力和彎矩。連接節(jié)點極限受彎、受剪承載力，應符合以下要求：且拼接采取螺栓連接時，尚應符合以下要求：翼緣腹板一列螺栓時多列螺栓時柱構(gòu)件有軸力作用時全截面受彎承載力，應按以下公式計算：軟件主要針對工字形柱截面繞強軸作用時：當初當初參數(shù)說明：為構(gòu)件拼接極限受彎承載力；柱翼緣采取焊透對接坡口焊縫連接時：柱截面抗彎最大承載力：柱翼緣采取高強度螺栓摩擦型連接時：柱翼緣拼接連接板凈截面抗拉最大承載力對應最大彎矩：柱翼緣連接高強度螺栓抗剪最大承載力對應最大彎矩：柱翼緣板邊端截面抗拉最大承載力對應最大彎矩：柱翼緣拼接板邊端截面抗拉最大承載力對應最大彎矩：、為內(nèi)、外側(cè)翼緣拼接板凈截面面積；為一個翼緣有效截面面積，需考慮當寬厚比超限時取為有效截面面積；為腹板拼接中彎矩引發(fā)一個螺栓最大剪力，按以下方法計算：X向分力：Y向分力：為柱截面高度；為柱翼緣厚度；為一側(cè)翼緣連接板凈截面面積；為連接節(jié)點單側(cè)鋼柱一個翼緣上高強螺栓數(shù)目；為拉力方向端距；為構(gòu)件母材抗拉強度最小值；為構(gòu)件拼接極限受剪承載力；垂直于角焊縫受剪時，可提升1.22倍；梁腹板抗剪時：連接板抗剪時：高強螺栓抗剪時：為腹板斷面計算處一列螺栓數(shù)目；為連接節(jié)點單側(cè)鋼柱腹板上高強度螺栓數(shù)目；為腹板連接螺栓孔直徑；為連接板截面高度；為連接板總厚度；為構(gòu)件全塑性受彎承載力；為構(gòu)件有軸向力時全截面受彎承載力；為構(gòu)件軸向屈服承載力，??；為構(gòu)件扣除螺栓孔等以后凈截面面積；、為柱計算位置處腹板高度和厚度；為抗拉強度最小值；為鋼材屈服強度。為使承受彎矩梁或柱塑性區(qū)不產(chǎn)生局部失穩(wěn)，塑性區(qū)范圍內(nèi)梁或柱板件寬厚比，可參考下表確定。梁、柱等構(gòu)件全塑性彎矩，可分別按以下情況確定。無軸心力作用時，構(gòu)件全塑性彎矩為：參數(shù)說明：為構(gòu)件截面塑性模量，可按以下公式計算：H形截面主軸方向：有軸心力時，軟件主要針對H形柱截面繞強軸作用時：當初（按上式計算）當初（按上式計算）參數(shù)說明：為構(gòu)件作用軸心力；為構(gòu)件軸向屈服強度，取；為腹板截面面積；為構(gòu)件主截面面積；為無軸心力作用時，構(gòu)件全塑性受彎承載力。（二）實用設計法實用設計法是以被連接柱翼緣和腹板各自截面面積分擔作用在拼接連接處軸心壓力，柱翼緣同時承受壓力和繞強軸全部彎矩，以及腹板同時承受軸心壓力和全部剪力來進行拼接連接設計。當拼接連接處內(nèi)力小于柱承載力設計值二分之一時，從柱連續(xù)性來衡量拼接連接節(jié)點性能，其設計用內(nèi)力應取柱承載力設計值1/2。此處設計方法以下：求取構(gòu)件軸心壓力承載力：剪力承載力：彎矩承載力:當初，采取實際內(nèi)力、進行計算當初，采取對應位置承載力二分之一進行計算比如翼緣位置，按考慮當初，采取實際內(nèi)力進行計算當初，采取對應位置承載力二分之一進行計算比如腹板位置，剪力按考慮，軸力仍按實際軸力進行計算采取實用設計法來進行柱翼緣和腹板全部采取高強度螺栓摩擦型拼接連接設計時，可按以下要求確定（當翼緣采取焊透坡口對接焊縫連接時，設計方法類同，依照實際情況詳細分析即可）：（1）在軸心壓力和彎矩共同作用下，柱單側(cè)翼緣連接所需高強度螺栓數(shù)目，應按下式計算：參數(shù)說明：為柱單側(cè)翼緣毛截面面積；為柱毛截面面積；為作用在拼接連接處軸心壓力；為作用在拼接連接處繞強軸彎矩；為柱截面高度；為柱翼緣厚度；為一個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設計值。（2）在軸心壓力和剪力共同作用下，柱腹板連接所需高強度螺栓數(shù)目，應按下式計算：參數(shù)說明：為柱腹板毛截面面積；為柱毛截面面積；為作用在拼接連接處軸心壓力；為作用在拼接連接處剪力；為一個摩擦型高強度螺栓抗剪承載力設計值。柱翼緣和腹板拼接連接板截面尺寸，可按以下要求確定。（1）為使拼接連接節(jié)點具備足夠強度，保持柱剛度連續(xù)性，在確定柱翼緣和腹板拼接連接板時，應同時滿足以下公式要求：參數(shù)說明：為柱單側(cè)翼緣連接板扣除高強度螺栓孔后凈截面面積；為柱單側(cè)翼緣扣除高強度螺栓孔后凈截面面積，按下式計算：為柱腹板拼接連接板扣除高強度螺栓孔后凈截面面積；為柱腹板扣除高強度螺栓孔后截面面積，按下式計算：為柱翼緣和腹板拼接連接板扣除高強度螺栓孔后凈截面模量，當柱翼緣采取焊透坡口對接焊縫連接時，此時應計算腹板拼接板和柱翼緣組合下凈截面模量；為柱扣除高強度螺栓孔后凈截面模量，按下式計算：（2）柱翼緣拼接連接板設置，標準上應采取雙剪連接；當醫(yī)院寬度較窄，結(jié)構(gòu)上采取雙剪連接有困難時，亦可采取單剪連接，但只宜用于內(nèi)力較小情況。在確定柱翼緣拼接連接板時，應考慮連接板對稱性和交換性施工特點。通常情況下，翼緣外側(cè)拼接連接板寬度可取與翼緣同寬。依照上述第（1）項要求，翼緣拼接連接板厚度，可按以下公式計算。當采取雙剪連接時：mm且不宜小于8mmmm且不宜小于10mm參數(shù)說明：為翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板寬度。當采取單剪連接時：mm且不宜小于10mm（3）柱腹板拼接連接板，通常均應在腹板兩側(cè)成對配置，即采取雙剪連接。依照上述第（1）項要求，腹板拼接連接板厚度，可按下式計算：mm且不宜小于6