鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點優(yōu)化設(shè)計

章榮輝 王光

鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點優(yōu)化設(shè)計

章榮輝 王光

當今科學技術(shù)帶動社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)也得到了廣泛的推廣及應用，這使得鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點設(shè)計也逐步得到關(guān)注，我們應該進一步做到科學性的節(jié)點連接設(shè)計，因為這直接的影響著鋼結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性。文章就是在此基礎(chǔ)上對鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接特征進行深刻的剖析，通過對大量的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及標準化使得鋼結(jié)構(gòu)的制作更加高效，連接節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計旨在提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，帶動社會經(jīng)濟發(fā)展。

在整個鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接設(shè)計就顯得尤為重要，連接點的安全性是保證整個鋼結(jié)構(gòu)整體性能與可靠性能的重要因素，直接關(guān)聯(lián)著制作安裝的整體的質(zhì)量和進度控制，甚至整個建設(shè)周期的及成本。綜上我們對鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接節(jié)點的設(shè)計深化需要更透徹，為今后的鋼結(jié)構(gòu)項目奠定堅實的基礎(chǔ)。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房基本特征

通常進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要注意到計算模型中的鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，以及鋼結(jié)構(gòu)的傳力方式，這樣才能對整體結(jié)構(gòu)的受力模型進行簡化，此過程一般是采用相關(guān)的軟件進行操作。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)傳力特征的差異性大致可將節(jié)點連接的方式分成剛接、鉸接以及半剛性連接。

剛性連接形式的剛度與優(yōu)缺點。剛性連接節(jié)點的強度以及剛度相對其他類型較高，經(jīng)過多次測試，受力性能很好，但是施工難度較大，而且構(gòu)造較為復雜。在鋼結(jié)構(gòu)大梁板連接節(jié)點設(shè)計過程當中，通常采用的是剛接形式進行連接，主要的原因在于大板梁的加工制作過程中，承受的荷載較大，風險系數(shù)較大。

：鉸接連接形式的剛度與優(yōu)缺點。鉸接連接節(jié)點的柔性偏大，鋼梁僅需在腹板處采用高強螺連接，上下翼緣無需進行現(xiàn)場焊接，而且鉸接的構(gòu)造形式相對簡單，可以在很大程度上簡化現(xiàn)場的安裝以及操作流程，大大的降低了現(xiàn)場的勞動量。這種方式不僅不會受到天氣的影響，還大幅度的提高了鋼結(jié)構(gòu)的安裝速度，但缺陷就是剛度和耗能較差并不利于整體結(jié)構(gòu)的抗風和抗震。

半剛性連接形式的剛度與優(yōu)缺點。半剛性連接節(jié)點的剛度和強度一直處于鉸接連接與剛性連接之間的，目前我們對半剛性連接節(jié)點的研究還不透徹，無法測算出其剛度值，也不能具體進行方案設(shè)計，節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度無法確定，因此在現(xiàn)場的操作中并不采用此類連接方式。

經(jīng)過大量實驗研究發(fā)現(xiàn)，如果將連接作為理想剛接或是鉸接，就可以大大的簡化計算過程，但獲得的計算結(jié)構(gòu)和現(xiàn)實情況差距仍然較大，我們主要采取調(diào)整系數(shù)的來做到降低誤差的影響。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房結(jié)構(gòu)分析及節(jié)點的設(shè)計原則

我們以電力廠房的大板梁的加工制作過程為實例進行分析，主廠房是由汽車機房、除氧間、煤倉間三部分構(gòu)成，而且是全部的鋼結(jié)構(gòu)框架式廠房。在進行節(jié)點設(shè)計時，對于起支撐作用的主節(jié)點，我們考慮到即使支撐桿件內(nèi)力較小，也應該做到支撐桿件承載力設(shè)計值的二分之一；對于大板梁的鉸接節(jié)點來說，即使大板梁的剪力較小，也應按照梁腹板的凈截面面積的抗剪承載力的設(shè)計值的二分之一來進行連接設(shè)計測算。此外還需考慮到的是，對于大板梁的剛性連接節(jié)點，需要按照大板梁的截面抗彎以及抗剪的承載力設(shè)計值進行節(jié)點設(shè)計，要單獨增加抗震處理，以此來減少支撐壓桿計算長度的次支撐。

對鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點的進行優(yōu)化設(shè)計采取的措施

：高強螺栓進行連接。根據(jù)設(shè)計和受力要求的差異，我們將高強度螺栓分為承壓型和摩擦性兩種，通常在進行摩擦型高強度螺栓連接的抗剪設(shè)計時，我們以外剪力能夠提供的最大摩擦力為依據(jù)，這樣就可以避免構(gòu)件之間發(fā)生滑動導致變形。如果是進行承壓型高強度的螺栓連接設(shè)計，只需考慮正常荷載作用環(huán)境下剪力低于最大摩擦力的情況。摩擦力可表現(xiàn)為動力也可表現(xiàn)為阻力，這里就是動力的表現(xiàn)，在進行承壓型高強度螺栓連接時，要保證承載力小于摩擦性連接形式的1.3倍以此保證安全性與可靠性。規(guī)定結(jié)構(gòu)的平均荷載系數(shù)約1.3，荷載標準值的情況下，滿足這個要求的承壓型高強度螺栓就不會出現(xiàn)滑動了。

：全焊接點進行連接。全焊接點連接是一種在當前的高層鋼結(jié)構(gòu)工程中應用較廣泛的一種大板梁連接形式，這種方式連接比較方便，而且可以在一定程度上節(jié)約原材料，整體的剛性相對較大，在抗彎的鋼結(jié)構(gòu)中作用尤為突出。人們普遍認為，大板梁加工制作的焊接點具有良好的韌性，可以采用塑性變形吸收地震的效力，以此來維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。

為了保證結(jié)構(gòu)剛度不在增大，我們一般會在接頭處做些調(diào)整，合理的增加節(jié)點，這樣就可以保證一旦出現(xiàn)失穩(wěn)時，適當?shù)南魅趿喊?，在大板梁上就可以形成塑性鉸。在操作過程中，應做到盡量的減少結(jié)構(gòu)和焊接處應力集中，除此以外，為不減小腹板的連接強度，要適當?shù)脑黾庸に嚳?，這樣可以為焊接的操作過程提供更多便利，以此達到提高焊接的質(zhì)量的目的。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點優(yōu)化設(shè)計大板梁的制作與加工

：大板梁模板的選取。大板梁的選擇十分重要，必須要有足夠的強度、剛度以及穩(wěn)定性能，要能夠做到可以承載混凝土的側(cè)壓力才能進行下一步的施工，這種荷載通常被稱為施工荷載，大板梁的側(cè)模進行選擇時一般選用厚度較大的鋼模，端部模板制作也應保證錨定墊板的方向垂直于鋼絞線。

：大板梁模板的安裝。未盡量的避免模板接縫時出現(xiàn)漏漿以及尺寸偏差較大，我們在進行模板的連接時一般采用螺栓連接并且加入泡沫膠，胎膜的側(cè)邊粘貼泡沫膠之后將模板與胎膜的側(cè)邊緊貼，然后用預埋的螺桿進行再次固定，模板的上方需要放置與胎膜同寬的鋼筋或者是木條等來作為頂桿，將側(cè)模拉緊，端模固定于側(cè)模，錨墊板灌漿口朝上固定在端模上。

大板梁的混凝土澆筑。在進行大板梁的混凝土澆筑之前，需要仔細的檢查鋼筋的品種、規(guī)格、數(shù)量等于設(shè)計要求是否相符，綁扎是否牢固，墊塊數(shù)量是否足夠，模板的尺寸強度剛度穩(wěn)定性以及接縫是否嚴密，嚴禁出現(xiàn)模板內(nèi)部存有雜物，積水，鋼筋上有污漬等現(xiàn)象發(fā)生，出現(xiàn)時及時處理。

：大板梁的養(yǎng)護與拆模。大板梁的養(yǎng)護可以采用外涂養(yǎng)護劑或鋪設(shè)麻袋等覆蓋物來進行灑水養(yǎng)護，要做到大板梁的頂面以及側(cè)面始終保持濕潤狀態(tài)。在此過程中，晝夜溫差較大，有可能會出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，也極有可能導致大板梁的開裂，所以在進行露天施工時，需要進行搭設(shè)遮陽以降低溫差變化帶來的不良的影響。

目前我國大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)的應用進一步的加深了對鋼結(jié)構(gòu)的特性的了解，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計影響著整個的施工群過程與經(jīng)濟效益，各企業(yè)積極的對施工機組的性能進行統(tǒng)計和總結(jié)，對節(jié)點的設(shè)計提供了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣對我們進行下一步的研究和分析奠定了基礎(chǔ)，也有利于我們在未來的研究課題中增強了信心。外模在拆除時，需要混凝土強度達到2.5MPa,這樣才能保證在拆模時避免粘膜，混凝土不缺棱角為宜，以達到最大強度為目標。

綜上我們在進行鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接節(jié)點優(yōu)化設(shè)計時，要做到對鋼結(jié)構(gòu)的整體受力特點，適用受力條件等各方面的因素進行全面的考慮，對相關(guān)性的問題進行深入細化，做到理論與實際相結(jié)合的基礎(chǔ)上進行合理化的設(shè)計，來保證整體鋼結(jié)構(gòu)在受力時安全高效合理，因此這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須做到熟練掌握結(jié)構(gòu)的受力特點。

上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司）