談加勁肋設計

隋炳強

(上海寶冶集團有限公司，上海 201908)

1 普通梁柱節(jié)點加勁肋設計

1.1 加勁肋的構造要求

1.1.1 加勁肋的基本要求

梁柱節(jié)點柱腹板橫向加勁肋應滿足下列要求［1］:

1)橫向加勁肋應能傳遞梁翼緣傳來的集中力，其厚度應為梁翼緣厚度的0.5倍～1.0倍;其寬度應符合傳力、構造和板件寬厚比限值的要求。2)橫向加勁肋的上翼緣宜與梁翼緣的上翼緣對齊，并用焊透的T形對接焊縫與柱翼緣連接。當梁與H形截面柱的腹板垂直相連形成剛接時，橫向加勁肋與柱腹板的連接也宜采用焊透對接焊縫。3)箱形柱中的橫向隔板與柱翼緣的連接，宜采用焊透的T形對接焊縫，對無法進行電弧焊的焊縫且柱壁板厚度不小于16 mm時，可采用熔化嘴電渣焊。4)當采用斜向加勁肋來提高節(jié)點域的抗剪承載力時，斜向加勁肋及其連接應能傳遞柱腹板所能承擔剪力之外的剪力。

1.1.2 加勁肋的抗震要求

抗震設計時梁與柱的加勁肋構造應符合下列要求［2］:

1)柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時，如果采用箱形截面且在梁翼緣連接處設置的隔板采用電渣焊時，壁板厚度不應小于16 mm，小于此限時可改用工字形柱或采用貫通式隔板。2)工字形柱(繞強軸)和箱形柱與梁剛接時，加勁肋(隔板)厚度不應小于梁翼緣厚度，強度與梁翼緣相同。

1.2 加勁肋的設置

箱形截面(鋼管)柱和梁采用剛性連接時，在柱內梁翼緣的對應位置，宜設置水平隔板;當箱形(鋼管)柱截面較小時，為了方便加工，也可在梁翼緣的對應位置，沿箱形(鋼管)柱外圈設置水平加勁環(huán)。當梁柱節(jié)點采用半剛性連接時，在鋼柱腹板上的鋼梁上下翼緣位置，均宜設置橫向加勁肋。當抗震設防烈度不高于7度(設計基本地震加速度不大于0.1g)時，可僅在鋼梁下翼緣位置設加勁肋。

當框架梁端垂直于工字形柱腹板與柱剛接時，應在梁翼緣的對應位置設置柱的橫向加勁肋，加勁肋宜伸出柱外約100 mm，以免該加勁肋在與柱翼緣的連接處因板件寬度突變而破壞。

抗震設計時梁與柱的連接構造應符合下列要求［2］:

1)柱在兩個互相垂直的方向都與梁剛接時宜采用箱形截面，在梁翼緣連接處設置隔板。隔板采用電渣焊時，壁板厚度不應小于16 mm，小于此限時可改用工字形柱或采用貫通式隔板。當柱僅在一個方向與梁剛接時，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內。2)工字形柱(繞強軸)和箱形柱與梁剛接時，應符合規(guī)范要求。3)柱在梁翼緣對應位置設置橫向加勁肋(隔板)，加勁肋(隔板)厚度不應小于梁翼緣厚度，強度與梁翼緣相同。

1.3 加勁肋焊縫

梁與柱的現(xiàn)場連接中，當框架梁端垂直于工字形柱腹板與柱剛接時，為避免在地震作用下框架往復變形時破壞，在梁翼緣的對應位置設置的柱的橫向加勁肋與梁翼緣用全熔透焊縫連接，并應避免連接處板件寬度的突變，腹板與柱連接板用高強度螺栓連接，其設計方法按《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》第8.1.3條進行。當采用懸臂梁段時，梁段與柱全部焊接［3］。

在抗震設防的結構中，工字形柱水平加勁肋與柱翼緣焊接時，因框架受水平地震往復作用要經(jīng)受角變形，宜采用坡口全熔透焊縫，與柱腹板連接時可采用角焊縫。當梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接時，水平加勁肋與柱腹板的焊接則應采用坡口全熔透焊縫［2］。

箱形柱隔板與柱的焊接，應采用坡口全熔透焊縫;對無法進行手工焊接的焊縫，應采用熔化嘴電渣焊，并應對稱布置，同時施焊。

抗震設計時箱形柱在與梁翼緣對應位置設置的隔板，應采用全熔透對接焊縫與壁板相連。工字形柱的橫向加勁肋與柱翼緣，應采用全熔透對接焊縫連接，與腹板可采用角焊縫連接。

1.4 不設加勁肋的情況

當工字形梁翼緣采用焊透的T形對接焊縫而腹板采用摩擦型高強度螺栓或焊縫與H形柱的翼緣相連，滿足下列要求時，柱的腹板可不設置水平加勁肋［1］:

1)在梁的受壓翼緣處，柱腹板厚度tw應同時滿足:

其中，Afc為梁受壓翼緣的截面積;fc為柱鋼材抗拉、抗壓強度設計值;fb為梁鋼材抗拉、抗壓強度設計值;be為在垂直于柱翼緣的集中壓力作用下，柱腹板計算高度邊緣處壓應力的假定分布長度;hc為柱腹板的寬度;fyc為柱鋼材屈服點。

2)在梁的受拉翼緣處，柱翼緣板的厚度tc應滿足:

其中，Aft為梁受拉翼緣的截面積。

2 支撐節(jié)點加勁肋設計

柱和梁在與支撐翼緣的連接處，應設置加勁肋。加勁肋應按承受支撐軸心力對柱或梁的水平或豎向分力計算。支撐翼緣與箱形柱連接時，在柱壁板的相應位置應設置隔板。

試驗表明，腹板的加勁肋只需與梁的腹板及下翼緣焊接，為了保證耗能梁段能充分發(fā)揮非彈性變形能力，應在三邊與梁用角焊縫連接。其與腹板連接焊縫的承載力不應低于Astf，與翼緣連接焊縫的承載力不應低于此處為加勁肋的寬度，tst為加勁肋的厚度［3］。

抗震設計時，中心支撐節(jié)點梁柱與支撐連接處應設置加勁肋;消能梁段與柱腹板連接時，消能梁段翼緣與橫向加勁板間應采用坡口全熔透焊縫，其腹板與柱連接板間應采用角焊縫(氣保焊);角焊縫的承載力不得小于消能梁段腹板的軸力、剪力和彎矩同時作用時的承載力［2］。

3 管節(jié)點加勁肋設計

3.1 鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點加勁

框架結構中鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點，當需設置柱身加勁橫隔時，可采用內隔板式、外環(huán)式和隔板貫通式［4］。

1)內隔板式節(jié)點:對抗震設防的結構，隔板厚度不應小于梁翼緣板厚度;對非抗震設防的結構，隔板厚度不得小于梁翼緣板的1/2?？拐鹪O防結構的內隔板與柱的連接應采用全熔透焊縫。2)外環(huán)加勁板式節(jié)點:環(huán)板厚度不應小于梁翼緣板的厚度?？拐鹪O防結構的外環(huán)板與柱宜采用全熔透焊縫;非抗震設防結構的外環(huán)板與柱的連接可采用與環(huán)板截面等強的雙面角焊縫;外環(huán)板與梁翼緣板的連接應采用全熔透焊縫。3)隔板貫通式節(jié)點:隔板鋼材強度應取鋼管柱和梁翼緣板中屈服強度較高者，厚度應滿足以下條件:大于梁翼緣厚度2 mm以上;也不小于，其中分別為梁翼緣板厚度、寬度和沿梁長度方向的柱子截面高度;fyb，fy分別為梁翼緣板和隔板的屈服強度，且不宜小于柱子鋼管壁厚。節(jié)點處鋼管柱受有較大拉應力時，隔板應有必要的Z向性能要求。

隔板挑出柱側的長度，當柱子壁厚小于28 mm時可取25 mm，柱子壁厚大于28 mm時可取30 mm，但不宜大于50 mm。隔板與上下柱段的連接及與梁翼緣板的連接應采用全熔透焊縫。

3.2 主管為圓管的節(jié)點內部加勁

主管為圓管的非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時，可按下列規(guī)定在主管管內設置橫向加勁板［4］:

1)支管以承受軸力為主時，可在主管內設1道或2道加勁板;節(jié)點需滿足抗彎連接要求時，應設2道加勁板;加勁板中面宜垂直主管軸線，設置1道加勁板時，加勁板位置宜在支管與主管相貫面的鞍點處，設置2道加勁板時，加勁板宜設置在距相貫面冠點0.1d1附近，d1為支管外徑;2)加勁板厚度不得小于支管壁厚，也不宜小于主管壁厚的2/3和主管內徑的1/40;加勁板中央開孔時，環(huán)板寬度與板厚的比值不宜大于為加勁板的屈服強度;3)加勁板宜采用部分熔透焊縫;4)當主管直徑較小，加勁板的焊接必須斷開主管鋼管時，主管的拼接焊縫宜設置在距支管相貫焊縫最外側冠點200 mm以外處。

3.3 主管為方管的節(jié)點內部加勁

主管為方管的非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時，可按下列規(guī)定在主管管內設置加勁板［4］:

1)加勁板宜設置2塊，位于支管翼板(垂直主管軸線的板件)的下方;2)加勁板的構造要求參照本文3.1條執(zhí)行;3)加勁板靠支管一邊與兩側邊宜采用部分熔透焊接，與支管連接反向一邊可以不焊。

3.4 主管外表面加勁

鋼管直接焊接節(jié)點可采用主管表面貼加強板的方法加勁［4］。

當用加強板提高節(jié)點承載力時，加強板與主管應采用四周圍焊。對K，N形節(jié)點焊縫有效高度應不小于腹桿壁厚。焊接前宜在加強板上先鉆一個排氣小孔，焊后應用塞焊將孔封閉。

4 節(jié)點加勁建議

1)橫向加勁肋應能傳遞梁翼緣傳來的集中力，其尺寸應符合傳力、構造和板件寬厚比限值的要求。2)當采用斜向加勁肋來提高節(jié)點域的抗剪承載力時，斜向加勁肋及其連接應能傳遞柱腹板所能承擔剪力之外的剪力。3)工字形柱水平加勁肋與柱翼緣焊接時，宜采用坡口全熔透焊縫，與柱腹板連接時可采用角焊縫。當梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接時，水平加勁肋與柱腹板的焊接則應采用坡口全熔透焊縫。4)箱形截面(鋼管)柱和梁采用剛性連接時，在柱內梁翼緣的對應位置，宜設置水平隔板;當箱形(鋼管)柱截面較小時，為了方便加工，也可在梁翼緣的對應位置，沿箱形(鋼管)柱外圈設置水平加勁環(huán)。5)框架結構中鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點，當需設置柱身加勁橫隔時，可采用內隔板式、外環(huán)式和隔板貫通式。6)鋼管結構中主管非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時，可按規(guī)定在主管管內設置橫向加勁板或在主管表面設加勁板。

［1］GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 99-1998，高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程［S］.

［4］CECS 280∶2010，鋼管結構技術規(guī)程［S］.