裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)研究

李建斌

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，太原030000）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)是一種現(xiàn)代時(shí)期出現(xiàn)的建筑施工方式，其對(duì)施工技術(shù)的要求較高，因此，目前我國(guó)大部分建筑使用的仍然是傳統(tǒng)的混凝土建筑結(jié)構(gòu)。但是，隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，越來(lái)越多的建筑開(kāi)始采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)建筑的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)使其在民用建筑市場(chǎng)開(kāi)始受到歡迎?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑將成為我國(guó)建筑施工的主要方式之一，因此，研究關(guān)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的連接方式對(duì)提升我國(guó)建筑施工水平有重要意義。

2 鋼結(jié)構(gòu)與裝配式鋼結(jié)構(gòu)

裝配式建筑與鋼結(jié)構(gòu)建筑是2 種完全不同的概念，相較于混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)是天然的裝配式結(jié)構(gòu)，但并非所有的鋼結(jié)構(gòu)建筑都是裝配式建筑。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，梁柱的連接通常采用焊接的施工方式，但使用焊接施工容易使梁柱的焊縫處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致梁柱斷裂。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)中不存在焊縫，穩(wěn)定性更好。同時(shí)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)使用的零部件可以通過(guò)工廠批量化生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行組裝。這種方式不但可以提升施工速度，還便于建筑的拆卸，并且可以對(duì)拆除的鋼材進(jìn)行再次利用，因此，也是一種非常環(huán)保的施工方式。

3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則

3.1 強(qiáng)柱弱梁

所謂強(qiáng)柱弱梁，即設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的梁柱時(shí)，將柱體作為主要承重結(jié)構(gòu)，使梁部受力較小。因此，柱體要有足夠的承載力，通?？梢酝ㄟ^(guò)增加柱體的截面面積提高柱體的承載力。在外力一定的情況下，增加柱體的截面面積可以減小柱截面單位面積內(nèi)承受的作用力，從而提高柱體的承載力。但是，柱體截面過(guò)大可能會(huì)影響房屋內(nèi)的可利用面積，因此，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)房屋的面積、結(jié)構(gòu)形式以及柱體的實(shí)際承重需求決定柱體的截面尺寸[1]。

3.2 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件

節(jié)點(diǎn)是連接裝配式鋼結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的主要部位，節(jié)點(diǎn)的體積雖小，但是，由于其連接了大量的鋼制構(gòu)件，是受力的關(guān)鍵點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)承受的作用力可分為剪切力、扭轉(zhuǎn)力和軸向力，復(fù)雜的受力體系會(huì)給節(jié)點(diǎn)帶來(lái)一定的負(fù)擔(dān)，倘若節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不足，可能會(huì)導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)連接失敗，影響裝配式鋼結(jié)構(gòu)的承重能力。因此，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件施工時(shí)，應(yīng)強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)，保證節(jié)點(diǎn)的承受力。同時(shí)，應(yīng)在不影響施工效果的前提下弱化鋼制構(gòu)件，減小節(jié)點(diǎn)的受力，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3.3 節(jié)點(diǎn)域

節(jié)點(diǎn)域的處理是裝配式鋼結(jié)構(gòu)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)域會(huì)承受來(lái)自多個(gè)不同方向的構(gòu)件的作用力，因此，節(jié)點(diǎn)域成為裝配式鋼結(jié)構(gòu)中非常容易損壞的部位，也是我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易忽略的部位。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域承受過(guò)大的作用力時(shí)，有可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂的問(wèn)題[2]。因此，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)域時(shí)，應(yīng)使其保持一定的可塑性，塑性形變可以在一定程度上抵消來(lái)自不同方向的力，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定性。

4 裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式

4.1 “工”字型柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

懸臂端梁式連接如圖1 所示。這種方式也是較為簡(jiǎn)單的一種連接方式，所需的各種材料與零件可以在工廠中生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后可直接進(jìn)行拼接安裝。在該連接方式中，懸臂梁的懸臂長(zhǎng)度與拼接板的厚度會(huì)影響節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)合理確定梁端的懸臂長(zhǎng)度以及拼接板的厚度，以保證連接階段的剛度和穩(wěn)定性。

鋼框架與梁柱板之間的連接方式由ShiY 提出，通過(guò)對(duì)鋼框架與梁柱板之間的連接關(guān)系，建立了可以計(jì)算彎矩與轉(zhuǎn)角的非線性方程。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以使用此方程對(duì)鋼框架與梁柱板之間的連接進(jìn)行建模，對(duì)于保證設(shè)計(jì)的合理性有很大的幫助[3]。

可變梁高的梁柱節(jié)點(diǎn)連接，該連接方式的節(jié)點(diǎn)由T 型構(gòu)件與L 型構(gòu)件組合而成。其中，L 型構(gòu)件的主要作用是承載節(jié)點(diǎn)所受的多種形式的作用力，因此，L 型構(gòu)件的厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)的承載性能有很大的影響。而T 型構(gòu)件主要起固定作用，不直接參與承載力，因此，T 型構(gòu)件的強(qiáng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)的性能沒(méi)有直接的影響。

圖1 懸臂端梁節(jié)點(diǎn)連接示意圖

提升節(jié)點(diǎn)性能的關(guān)鍵在于節(jié)點(diǎn)的下端板，一般來(lái)說(shuō)，下端板的形狀、厚度、外部伸長(zhǎng)、腹板、螺栓的承載力等都可以對(duì)節(jié)點(diǎn)的承受力的性能造成影響。因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證節(jié)點(diǎn)的承載力，要合理確定上述的幾個(gè)指標(biāo)。

4.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

圓柱與套筒的連接如圖2 所示。該連接方法以懸臂端梁為基礎(chǔ)，可以通過(guò)調(diào)整外部套筒的厚度實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的動(dòng)態(tài)調(diào)整，適合應(yīng)用在某些具有特殊要求的建筑結(jié)構(gòu)中。

圖2 圓柱套筒連接示意圖

端板式梁柱連接。這種方式包含焊接、栓接與混合連接3 種方式，其優(yōu)點(diǎn)在于施工過(guò)程簡(jiǎn)單易行，且非常節(jié)省時(shí)間，可以提升施工效率，適用于高層建筑施工。這種連接方式常見(jiàn)于對(duì)城市中高層住宅、商業(yè)樓、寫字樓等建筑的施工施工與維修。

外套管式連接。這種連接方式的節(jié)點(diǎn)為“十”字型結(jié)構(gòu)，外套管的管壁厚度會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)性能產(chǎn)生影響。當(dāng)管壁厚度在合理范圍內(nèi)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的承載力會(huì)隨著管壁厚度的增加而增加，但當(dāng)管壁過(guò)厚時(shí)，反而會(huì)導(dǎo)致因套管過(guò)重影響節(jié)點(diǎn)的性能。

內(nèi)套管式連接。這種連接方式較為煩瑣，施工周期較長(zhǎng)。該方式可以有效保證節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)性能。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)際施工時(shí)，會(huì)選擇將內(nèi)套管壁的厚度調(diào)整為約大于柱壁厚度2mm，此時(shí)的節(jié)點(diǎn)承力效果最佳。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)的連接進(jìn)行了研究。在進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)連接時(shí)，應(yīng)注意強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件和重視節(jié)點(diǎn)域的原則，另外，介紹了幾種工字型和鋼管柱的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方案，期待能為提升我國(guó)裝配式鋼結(jié)構(gòu)的施工水平提供幫助。