裝配式鋼結構建筑梁柱連接節(jié)點研究

陳超

摘要：裝配式鋼結構建筑是一種新型的綠色化和現(xiàn)代化相結合的建筑，并被廣泛應用在建筑行業(yè)中，成為建筑行業(yè)的主流發(fā)展趨勢。而裝配式鋼結構建筑梁柱連接節(jié)點是整個鋼結構中的關鍵部分，不僅關系到裝配式鋼結構的強度和剛度等質量問題，而且直接影響著施工進度和建造成本。本文對裝配式鋼結構建筑梁柱連接點進行了簡要的分析研究，希望能夠有助于鋼結構建筑提升工程質量。

關鍵詞：裝配式鋼結構;梁柱;連接節(jié)點

所謂裝配式建筑是指在工廠中將建筑結構中的部分構件加工制作完成后再運輸?shù)浇ㄔO現(xiàn)場，與建筑結構中的其他部件以相應的連接方式進行安裝連接。而裝配式鋼結構梁柱連接節(jié)點的合理配置直接關系著鋼結構的建筑設計和施工建造的質量問題。因此，梁柱的連接點設計是裝配式鋼結構的研究重點。

1 鋼結構構件梁柱節(jié)點設計

對于裝配式鋼結構，當發(fā)生地震時，受外界作用力影響最大的就是梁柱節(jié)點。因此，需要從鋼結構的連接強度和構件的承載力度等方面綜合考慮梁柱連接點的受力情況，否則很容易使梁柱節(jié)點位置的鋼結構構件因承載力過大而發(fā)生破壞，進而致使鋼結構的整體受力發(fā)生變化，甚至威脅到人們的生命財產安全。

梁柱節(jié)點是否穩(wěn)固的關鍵點在于梁柱焊接位置，一旦該位置因應力過于集中就會使梁柱節(jié)點處出現(xiàn)破壞。其中，比較典型的破壞形式就是梁下翼緣和柱翼緣相交位置的焊縫因受力強度增加而出現(xiàn)裂紋，并且隨著受力強度的增加，裂縫會發(fā)生進一步的擴展惡化，最終使其發(fā)生斷裂[1]。相比較于梁端和柱端的破壞程度，其梁端的破壞程度更為明顯。因此，從梁端著手避免裂紋的出現(xiàn)是防止梁柱節(jié)點斷裂的關鍵。通常情況下，可以采取通過改變塑性鉸位置和扇形切角構造，采用高沖擊韌性焊縫以及針對梁翼緣部位做好缺口效應處理操作等手段來增強梁柱節(jié)點處的鋼結構強度。

2 裝配式鋼結構梁柱節(jié)點連接方式

2.1 “工”字型柱與梁柱的節(jié)點連接

通常情況下，工字型柱與梁柱之間的節(jié)點連接方式較為簡單，其鋼結構中相關的結構部件一般是在工廠加工完成后運輸至現(xiàn)場拼接組裝而成。對于懸臂端梁式連接，其梁柱節(jié)點之間的連接是否穩(wěn)固主要取決于懸臂梁的懸臂長度和拼接板的厚度。因此，這二者是工字型柱與梁柱之間節(jié)點連接設計的重要考慮因素。例如：通過構建彎矩與轉角之間的非線性方程對鋼結構的梁柱節(jié)點連接進行建模，比較直觀的表述出鋼結構與梁柱板之間的連接關系，有效提升了設計方案的合理性和準確性。

對于梁高處于變化情形下的梁柱節(jié)點連接，其主要連接構件包括T型構件和L型構件。T型構件和L型構件具有明確的作用分配。T型構件在鋼結構中沒有起到明顯的承載作用，而是主要起到固定的作用以穩(wěn)固鋼結構。L型構件則是整個鋼結構中的承載主力，對各個形式的作用力都能起到一定程度的分擔作用[2]。因此，L型構件在設計制造過程中需要重點考慮構件的厚度，以合理優(yōu)化節(jié)點的性能。其中，節(jié)點的下端板的厚度、外部伸長、形狀等是重要考慮因素，這些因素直接決定著節(jié)點的承受力情況，需要在設計過程中經過嚴謹認真的核算以優(yōu)化各項指標，全面提升節(jié)點的承載性能。

2.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點連接

鋼管柱與梁柱的節(jié)點連接是在懸臂端梁的基礎上，根據(jù)鋼結構中承載力的實際情況來動態(tài)調節(jié)外部套筒的厚度以滿足工程建筑的實際承載需求。這種連接方式廣泛應用在特殊情況下。同時，鋼管柱與梁柱的節(jié)點連接方式主要包括端板式梁柱連接、外套管式連接、內套管式連接。端板式梁柱連接的實際操作簡單方便，主要涉及焊接、栓接和混合連接等多種連接方式，在高層建筑中應用較多[3]。外套管式連接節(jié)點以十字型結構為主，同時，這種連接方式下的節(jié)點性能與外套管的管壁厚度具有直接關系。兩者在一定范圍內呈正比例增加，但是超過一定范圍內，節(jié)點性能會因為套管的加重而呈現(xiàn)下降趨勢。內套管連接的節(jié)點性能良好，但是連接方式相對比較復雜，耗時較長。

3 梁柱剛性連接節(jié)點抗震設計建議

裝配式鋼結構梁柱連接節(jié)點在外部作用力的作用下很容易出現(xiàn)破壞，這就需要嚴格把控梁柱節(jié)點的承載能力，同時，也要求梁柱節(jié)點處的塑性轉動能力滿足實際工程需求。而焊接連接問題是節(jié)點性能的影響因素之一。根據(jù)實際的建筑工程經驗來看，對于高層鋼結構、低層大型鋼結構以及多層鋼結構中，焊縫的質量等級一般需要控制在一級以上，而角焊縫的質量等級則需要控制在二級以上，同時需要對焊縫處進行外觀缺陷檢查，并確保其檢查結果標準達到二級以上。當裝配式鋼結構中梁為熱軋H型鋼，與柱處于直接連接狀態(tài)時，最好采用RBS式節(jié)點，這種節(jié)點連接形式能夠從根本上削弱上梁的翼緣截面，進而在一定程度上改變塑性鉸的出現(xiàn)位置，這樣梁柱節(jié)點的延性得到最大程度上的改善[4]。而如果梁的材質為焊接H型鋼，在與柱進行直接連接時，則可以采用多種節(jié)點連接形式，如梁端梯形翼緣連接節(jié)點、梁端翼緣不等強連接節(jié)點和加強型懸臂梁段連接節(jié)點。這些連接節(jié)點基本都屬于加強型節(jié)點，需要結合實際的鋼結構情況選擇合理的節(jié)點連接形式，以發(fā)揮自身的優(yōu)勢，提升節(jié)點性能，優(yōu)化施工操作。

4 結語

綜上所述，裝配式鋼結構梁柱連接節(jié)點是梁柱結構中的關鍵位置，其節(jié)點連接方式的選擇直接關系到鋼結構的剛度和承載能力。在鋼結構建筑施工過程中，應該充分結合鋼結構材質、連接方式等因素，科學合理的選擇節(jié)點連接方式，從整體上提升裝配式鋼結構的工程性能。

參考文獻：

[1]李建斌.裝配式鋼結構梁柱連接節(jié)點研究[J].工程建設與設計，2019（22）：14-15.

[2]倪占東.裝配式鋼結構建筑水泥基復合夾芯墻板安裝連接節(jié)點研究[J].住宅與房地產，2019（30）：139.

[3]王鑫琦.裝配式鋼結構建筑水泥基復合夾芯墻板安裝連接節(jié)點研究[J].甘肅科技，2018，34（24）：116-117.

[4]丁陽，鄧恩峰，宗亮，戴驍蒙，李豫明，王海鵬，畢家欣.模塊化鋼結構建筑連接節(jié)點研究進展[J].建筑結構學報，2019，40（03）：33-40.