多層鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計

王芳

摘要：近年來，隨著鋼框架結(jié)構(gòu)建筑的不斷出現(xiàn)，其中的問題也隨之增多。我國目前已經(jīng)在多個城市出現(xiàn)了建筑物的主梁斷裂事故，究其原因，最重要的原因當然是鋼柱、鋼梁的質(zhì)量問題，其次就是鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接處的設(shè)計不合理，導致受力過分集中在梁柱連接點處，而沒有按照正常的板傳負荷力到梁，梁傳負荷力到柱，柱傳負荷力到基礎(chǔ)。由此可見，梁柱節(jié)點的連接設(shè)計方法對于建筑物的安全起著十分重要的作用，梁柱結(jié)點不僅是梁與梁交叉的受力結(jié)點，而且還是梁與柱連接的受力結(jié)點，這個結(jié)點既是鋼框架結(jié)構(gòu)中的受力樞紐也是鋼框架結(jié)構(gòu)中的傳力樞紐。本文將結(jié)合多年來的實際工作經(jīng)驗，對鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接設(shè)計進行相關(guān)的探討，以供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞：多層鋼框架結(jié)構(gòu)；梁柱節(jié)點；優(yōu)化設(shè)計

引言：隨著我國鋼產(chǎn)量大幅度的增加，鋼制結(jié)構(gòu)的發(fā)展將更加廣闊。橫梁與立柱之間的節(jié)點是鋼框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分，兩者之間的連接質(zhì)量對整個建筑物的承重能力會產(chǎn)生非常大的影響，尤其是在地震中，具有非常重要的作用。因此，改良和創(chuàng)新鋼框架梁柱節(jié)點設(shè)計技術(shù)是保證我國現(xiàn)代化建設(shè)健康、長遠發(fā)展的基礎(chǔ)。

1 節(jié)點設(shè)計的具體原則

1.1 平面設(shè)計的原則主要就是，在采用鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要達到空間的合理劃分，結(jié)構(gòu)布置合理等特點。而作為結(jié)構(gòu)布置，必須保證結(jié)構(gòu)每層抗側(cè)力必須和同一水平作用下的合力達到或接近重合，這樣就可以減少了結(jié)構(gòu)受扭的作用。而抗側(cè)力的構(gòu)件必須要順著平面的縱橫進行布置，同時要達到均勻、分散以及對稱，柱間的間距不可以太大，并且應(yīng)用柱網(wǎng)應(yīng)該在6米? 9米左右。與此同時，該結(jié)構(gòu)的布置一定要避免平面與豎向不規(guī)則的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時，一定要把相關(guān)的實際的計算模型應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的計算中，但也應(yīng)該考慮到扭轉(zhuǎn)的作用，如果它出現(xiàn)了很多不規(guī)則的結(jié)構(gòu)時，就可以采用補充計算。

1.2 鋼框架抗震的設(shè)計必須基于弱梁強柱、弱構(gòu)件強節(jié)點以及弱鋼材強焊接這三個強有力的原則下進行。那么對于框架的構(gòu)件和支撐桿，能夠增加節(jié)點承載能力，與此同時也能夠使得節(jié)點和構(gòu)件免遭破壞。以確保構(gòu)件的完整性。但是，對于框架與節(jié)點的要求，也不能太強，容許其在地震時，在一定范圍內(nèi)，梁柱節(jié)點域的板件能發(fā)生一定的形變，這樣反而可以提高了框架的延展性。地震的時候構(gòu)件的坍塌，主要原因就是在在處理弱梁強柱型的框架時，因為地震的作用對其造成損傷從而降低了承載重荷的能力。在正常的狀況下，因為框架梁僅承擔了樓層的負荷，而框架柱就要承擔大部分樓層的重力載荷，所以，強大的支柱能夠增加框架預防坍塌的能力。在焊接的延展性方面，構(gòu)件一般都會低于連接鋼材的延展性，然而弱鋼材強焊縫的主要原則就是，被連接件鋼材板件的承載能力一定要低于焊縫承載力，這樣就可以就可以避免構(gòu)件屈服截面發(fā)生焊縫卻位在鋼板之中，同時也提高了構(gòu)件的延性。

2 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點的基本特征

按照鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點的載荷傳遞形式，連接方法和具體細部結(jié)構(gòu)，連接節(jié)點可以分為，剛性、半剛性和鉸鏈連接三種連接方式。

2.1 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱鉸接連接節(jié)點方式

一般根據(jù)理論上來講是根本不能承受彎矩的連接節(jié)點，通常構(gòu)件的拼接連接是無法使用這種方式連接的。一般構(gòu)件端部的連接才用鉸接連接節(jié)點這種連接方式。如梁，柱腳，桁架的連接等等。然而，在實際工程應(yīng)用中，它對彎矩并不非全部無法承受，原因只是因為它的抗彎剛度低于構(gòu)件的抗彎剛度。

2.2 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱剛性連接節(jié)點方式

在確保構(gòu)件的原始的力學性能的基礎(chǔ)上，節(jié)點的連接處應(yīng)該保證其原有的完整的連續(xù)性，從而使構(gòu)件之間的連接夾角在達到承載能力之前不發(fā)生變化。然而要保證連接夾角在達到承載能力之前不發(fā)生變化，其連接強度應(yīng)該不得低于被連接構(gòu)件的屈服強度。

2.3 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱半剛性連接節(jié)點方式

為了保證其承載力等于或大于構(gòu)件的承載能力，可以采用半剛性連接節(jié)點的方式連接?？墒且驗檫B接的方法和細結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的關(guān)聯(lián)性，使得連接節(jié)點的彈性剛度明顯低于構(gòu)件的彈性剛度，根據(jù)相關(guān)的設(shè)計要求，這種節(jié)點形式一般都不會被采用的。

3 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點連接的主要形式

3.1梁柱間角鋼和蓋板的連接方式。

在根據(jù)梁腹板和豎直角鋼的連接，從而傳遞剪力。柱子上面會焊接有，為了便于安裝所使用支托，能夠防止仰焊，然而梁翼緣一定要大于上部的水平板，小于下部的水平板。梁柱鉸接節(jié)點連接形式見圖 1。

圖表 1梁柱鉸接點連接

3.2寬翼緣T形鋼的連接方式。

它的優(yōu)點是，能夠增加柱的扭轉(zhuǎn)剛度，但缺點是鋼材消耗量過多。如圖 2所示

3.3丁字形的連接方式。

柱子上面將會焊接上安裝所使用的支托，而橫向的加勁肋就可以對柱的腹板進行加強。它的好處就是具有非常大的剛性，同時還有一個大缺點就是施工難度大，而且不容易保證質(zhì)量。如圖 3 所示。

圖表 3梁柱丁字形節(jié)點連接

4 鋼框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計方法

4.1節(jié)點的細部構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計的方法。

比如，在采用剛性連接而且柱兩側(cè)的梁高相等時，柱內(nèi)加勁肋板應(yīng)當在每一個梁翼緣所對應(yīng)的位置都進行設(shè)定，如果柱子兩邊的高度不相等的時候，就需要在所對應(yīng)的梁翼緣設(shè)置柱內(nèi)加勁肋板，因此就會使得加勁肋板的數(shù)量增加，然而，加勁肋板間距又不能達到焊縫間距的要求（不小于150mm的間距）。那么這個時候，柱的兩端梁的根部高度就應(yīng)當需要及時調(diào)整，把比較小的截面高度的梁腹板高度局部加腋，加腋部分翼緣坡度≤1：3。，如圖 4所示。

4.2節(jié)點連接的整體設(shè)計。

在實際的多層鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中很大一部分都是使用雙向剛性連接，這樣就可以增加結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移剛度，降低構(gòu)件抗側(cè)移的內(nèi)力，增強結(jié)構(gòu)的耗能機制，從而使建筑物的延展性得到提高，對于結(jié)構(gòu)抗震將非常有利。然而，節(jié)點的剛性連接結(jié)構(gòu)難度大、工作量大、鋼材消耗量又非常多，經(jīng)濟效益方面要比鉸鏈節(jié)點連接方式遜色許多。為了能夠解決這個問題，可以采用鉸接連接這種形式，縱向沿柱高設(shè)置成豎向柱間支撐，那么它的空間剛度和抗側(cè)力都需要由支撐所提供。

而另一個方向可以做成剛性連接。如圖5所示。采用這種用鋼量少而剛度大的支撐體系，其抗側(cè)力的效果非常顯著并且構(gòu)造也簡單了很多。如此，房屋的一個方向就沒有了支撐，更加方便人們的生產(chǎn)或物流等建筑功能的正常發(fā)揮，同時又達到了施工簡便、簡化設(shè)計及用鋼量等要求，另一個方向可以安排成柱間支撐，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移能力在鉸接連接下得到了保證，非常適用于平面橫向較短，縱向較長的建筑。由于建筑物縱向的梁柱節(jié)點比較的多，由鉸接節(jié)點替代剛性節(jié)點之后，構(gòu)造明顯簡化了很多，而且鋼材的消耗量也明顯減少。

5 提高框架梁柱節(jié)點抗震性能的措施

5.1 按照鋼框架抗震設(shè)計強柱弱梁的原則，同時，依據(jù)梁上塑性鉸位置控制的方法。使用在梁腹板打孔削弱節(jié)點的方式，從而促使塑性鉸的成形

5.2 地震帶剛性連接節(jié)點的設(shè)計標準應(yīng)該符合地震多發(fā)情況下和地震罕見情況下彈性狀態(tài)的抗震承載能力和變形的具體要求。

6 結(jié)語

綜上所述，梁和柱的連接節(jié)點的鏈接是鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣會對框架結(jié)構(gòu)在載荷作用下的承受能力，產(chǎn)生非常重要的影響。所以在其設(shè)計之中，一定要符合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，技術(shù)數(shù)據(jù)，載荷，材料選擇的具體規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求、構(gòu)件截面部分的選擇和節(jié)點結(jié)構(gòu)等諸多方面都要有清楚的了解，以便在設(shè)計的過程中，得到更好的應(yīng)用。

參考文獻：

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