裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)研究

潘東岳

【摘要】裝配式鋼結(jié)構(gòu)在目前的建筑設(shè)計(jì)中很常見，其相較于傳統(tǒng)的混凝土建筑的形式，性價比和穩(wěn)定性都更具優(yōu)勢，尤其是對于一些內(nèi)部設(shè)計(jì)復(fù)雜的建筑施工，裝配式鋼結(jié)構(gòu)能夠在保證質(zhì)量的同時不影響速度，而梁柱節(jié)點(diǎn)部分是其中的重點(diǎn)部分。本文以裝配式鋼結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)地研究了梁柱節(jié)點(diǎn)如何滿足當(dāng)前施工的需求。

【關(guān)鍵詞】裝配式鋼結(jié)構(gòu);梁柱節(jié)點(diǎn);研究

1.鋼結(jié)構(gòu)與裝配式鋼結(jié)構(gòu)

經(jīng)過長期不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，我國的建筑行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到一個新的高度。而在對傳統(tǒng)的建造工程項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)時，要充分結(jié)合當(dāng)前的施工環(huán)境來思考問題，把最適合的項(xiàng)目結(jié)合到工程當(dāng)中。鋼結(jié)構(gòu)在目前的建造工程中很常見，其強(qiáng)度和實(shí)用性都與現(xiàn)代化的建造設(shè)計(jì)理念相契合。裝配式鋼結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的差別是很大的，盡管鋼結(jié)構(gòu)是天然的裝配式結(jié)構(gòu)，但鋼結(jié)構(gòu)卻不一定都是裝配式建筑。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)都是采用焊接的方式對梁柱進(jìn)行施工，由于焊接處承載的壓力非常大，很容易會出現(xiàn)梁柱斷裂的狀況。裝配式鋼結(jié)構(gòu)很好地解決了這一問題，施工時不會出現(xiàn)焊縫，并且穩(wěn)定性也要遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)。而且裝配式鋼結(jié)構(gòu)的零部件可以批量化生產(chǎn)，不用再像之前那樣需要到處采購了，只需在現(xiàn)場進(jìn)行組裝就能夠投入使用[1]。這樣極大地精簡了施工的環(huán)節(jié)，而且也使得建筑的拆卸變得更加方便。拆除下來的鋼材還能夠進(jìn)行二次利用，貫徹了綠色環(huán)保的發(fā)展思想，推動了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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

2.1 強(qiáng)柱弱梁

強(qiáng)柱弱梁在現(xiàn)階段的施工中是很常見的，這種形式是在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的梁柱時，通過把柱體作為主要承重結(jié)構(gòu)來減小梁部受力?？紤]到柱體的承載力，施工人員一般都采取增加柱體的截面面積的方式，接觸面增加了承載范圍自然就得到了提升。而當(dāng)外力到達(dá)一定的標(biāo)準(zhǔn)之后，就需要減小柱截面單位面積內(nèi)承受的作用力，以此來讓主體能夠承受更多的力。施工人員一定要控制好主體的截面積，如果柱體截面超出了設(shè)計(jì)的范圍，會嚴(yán)重影響房屋原本的可利用面積。因此在進(jìn)行裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要從多個方面來進(jìn)行考慮，根據(jù)房屋建造的實(shí)際需求確定柱體的截面積。

2.2 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件

節(jié)點(diǎn)對于裝配式鋼結(jié)構(gòu)是非常重要的，它是連接其中各個配件的主要部位。雖然節(jié)點(diǎn)的體積很小，但是它與裝配式鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼質(zhì)部件相互連接，并且是整個結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵點(diǎn)。目前節(jié)點(diǎn)所承受的力可以分為以下幾種：剪切力、扭轉(zhuǎn)力和軸向力。復(fù)雜的受力體系會增加節(jié)點(diǎn)的工作，使其在高強(qiáng)度的環(huán)境中運(yùn)行。如果節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不夠好的話，就會出現(xiàn)該階段無法正常連接的情況，裝配式鋼結(jié)構(gòu)的承重范圍也會因此受到影響。所以工作人員在進(jìn)行施工環(huán)節(jié)時，要協(xié)調(diào)好節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件施工的關(guān)系，借助節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)化來提升節(jié)點(diǎn)的承受力。需要注意的是要在不影響施工的條件下弱化鋼制構(gòu)件，這樣能夠很有效地降低節(jié)點(diǎn)的受力程度，以此來保證節(jié)點(diǎn)在工作時的穩(wěn)定性[2]。

2.3 節(jié)點(diǎn)域

節(jié)點(diǎn)域也是裝配式鋼結(jié)構(gòu)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，是現(xiàn)階段完成建筑工作的核心內(nèi)容。它會在工作時承受來自多個不同方向的構(gòu)件的作用力，也是當(dāng)前裝配式鋼結(jié)構(gòu)中最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。但是節(jié)點(diǎn)域在我國的裝配式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中并沒有受到重視，這也影響了我國建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。在節(jié)點(diǎn)域承受壓力超出范圍時，會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂的情況。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)域之前一定要考慮到這一點(diǎn)，使其在工作時保持可塑性。塑性形變可以卸掉來自各個方向的力，節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定性會因此顯著提升。

3.裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式

3.1“工”字形柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

懸臂端梁是一種非常簡單的連接方式，其所需要的零部件可以在工廠批量生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場就能夠完成拼裝環(huán)節(jié)。這種連接方式要事先計(jì)算好各項(xiàng)數(shù)值，懸臂梁的懸臂長度與拼接板的厚度都是很重要的，稍有不慎就會使節(jié)點(diǎn)無法正常運(yùn)行。因此工作人員一定要切實(shí)負(fù)起責(zé)任，確定各項(xiàng)數(shù)值的精準(zhǔn)性，以此來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很重要，其在施工中的應(yīng)用還是比較多的。通過把鋼框架與梁柱板連接在一起，可以計(jì)算出其彎矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。而且在實(shí)際的施工當(dāng)中要事先進(jìn)行建模，這樣能夠保證設(shè)計(jì)方案的可行性，減少在施工中發(fā)生失誤的概率?？梢园裈型構(gòu)件與L型構(gòu)件組合在一起，實(shí)現(xiàn)可變梁高的梁柱節(jié)點(diǎn)連接。其中L型是構(gòu)件比較多變，它能夠適用于承載節(jié)點(diǎn)受到的各種作用力。因此在對節(jié)點(diǎn)承載性進(jìn)行考慮時，一定要注意L型構(gòu)件的厚度是否滿足要求。T型構(gòu)件與L型構(gòu)件相差很大，它主要起到固定的作用，不直接參與到承載力的控制當(dāng)中，因此它的強(qiáng)度也與節(jié)點(diǎn)的性能無關(guān)。如果想要有效提升節(jié)點(diǎn)的性能，就要控制好節(jié)點(diǎn)的下端板設(shè)計(jì)，它和節(jié)點(diǎn)承受力是相互影響的。因此工作人員要控制好節(jié)點(diǎn)的承載力，切實(shí)完成上述的幾個指標(biāo)。懸臂端梁式的連接如圖1所示：

3.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

圓柱與套筒的連接是在懸臂端梁的基礎(chǔ)建立的，它可以對外部套筒的厚度進(jìn)行調(diào)整，然后以此對節(jié)點(diǎn)的承載力進(jìn)行控制。這一連接方式出現(xiàn)得相對較少，只會應(yīng)用在具有特殊要求的建筑結(jié)構(gòu)中。這種方式可分為：焊接、栓接與混合連接環(huán)節(jié)，在精簡施工過程的同時保證了施工質(zhì)量。對于高層建筑的施工來說是非常重要的，降低了竣工后返修的概率。這種連接方式還常常用于建筑的維修，對于建筑業(yè)的發(fā)展有著很深遠(yuǎn)的影響。外套管式連接的結(jié)構(gòu)是十字型的，其管壁的厚度與節(jié)點(diǎn)性能息息相關(guān)，其承載力也會跟隨其厚度的變化而變化。但是如果管壁的厚度超出范圍時，會因?yàn)橐蛱坠苓^重影響節(jié)點(diǎn)的性能。而內(nèi)套管式連接相比之下就很麻煩了，它的施工周期非常地長，而且其施工效率也很容易受到外在因素的影響。但是這種方式的效果還是不錯的，它能夠非常有效地保證節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)性能。工作人員在施工時需要注意管壁的調(diào)控，大于柱壁厚度2mm時的效果是最好的。圖2是圓柱套筒連接的示意圖：

4.研究內(nèi)容

從目前所連接的裝配式鋼結(jié)構(gòu)出發(fā)，人們發(fā)現(xiàn)了一種帶法蘭盤的新型節(jié)點(diǎn)連接形式。為了從各方面證明其節(jié)點(diǎn)的受力性能，需要按照實(shí)驗(yàn)要求增加兩組節(jié)點(diǎn)，分別為外環(huán)板式節(jié)點(diǎn)與焊接式節(jié)點(diǎn)。之后作為法蘭盤式節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行對比，通過數(shù)據(jù)列舉出其優(yōu)勢和劣勢。本文主要對承載力的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，對各類節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)行相關(guān)的比較。工作人員在進(jìn)行研究時，要將三組節(jié)點(diǎn)梁的連接均按等強(qiáng)度原則進(jìn)行。通過懸臂拼裝的方式進(jìn)行連接，新節(jié)點(diǎn)在柱的連接則是通過上柱底和下柱頂?shù)姆ㄌm盤通過螺栓進(jìn)行連接。

5.節(jié)點(diǎn)研究方法概述

5.1 試驗(yàn)測定法

在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)性能研究時，可以測得節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線，這是現(xiàn)階段認(rèn)可度最高的節(jié)點(diǎn)性能檢測方法。但是該方法存在的缺陷也很多，例如其實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)會受到外在因素的影響產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果不符合真實(shí)的情況。因此工作人員要反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此來避免其中的偶然性。但是這樣會消耗大量的資源，其所產(chǎn)生的高額費(fèi)用難以解決。

5.2 曲線擬合法

工作人員在對節(jié)點(diǎn)性能參數(shù)進(jìn)行分析時，要注意把得到的曲線轉(zhuǎn)換為公式，這樣能夠便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行使用。彎矩-轉(zhuǎn)角曲線能夠反映出很多的問題，是梁柱節(jié)點(diǎn)性能的真實(shí)寫照。但是在進(jìn)行曲線擬合需要詳細(xì)的參數(shù)數(shù)據(jù)，因此要先通過多次試驗(yàn)來獲取數(shù)值，然后才能進(jìn)行相關(guān)的擬合環(huán)節(jié)。

5.3 塑性分析法

塑性分析法是在曲線擬合法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，需要對于測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，還要結(jié)合理論知識找出更精準(zhǔn)的曲線。只有這樣才能夠還原真實(shí)的情況，全面地表現(xiàn)各個節(jié)點(diǎn)的性能。

5.4 解析法

解析法相比之下有所不同，一般是通過兩種不同的形式進(jìn)行推導(dǎo)，表達(dá)彎矩-轉(zhuǎn)角曲線以及構(gòu)件的荷載-變形表達(dá)式。然后通過與其他構(gòu)件的計(jì)算進(jìn)行整理，得到一種較為合理的擬合曲線。另一種形式采取的是單獨(dú)試驗(yàn)的方法，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理之后得到相關(guān)的表達(dá)式，再利用協(xié)調(diào)計(jì)算求出節(jié)點(diǎn)的連接曲線。

6.結(jié)束語

建筑是人們?nèi)粘＞幼『突顒拥膱鏊?，所以人們對建筑的設(shè)計(jì)是很重視的。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的建造施工中很重要，所以施工單位要高度重視裝配式鋼結(jié)構(gòu)的，并對梁柱節(jié)點(diǎn)的連接進(jìn)行深入性研究。這樣才能夠保證整座建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，讓人們能夠放心地去使用和居住。本文介紹了幾種常見的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方案，希望能為我國的建筑行業(yè)發(fā)展提供一點(diǎn)幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]曹楊，陳沸鑌，龍也.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的深化設(shè)計(jì)探討[J].鋼結(jié)構(gòu)，2017（2）：72-76.

[2]倪真，趙越，劉學(xué)春，等.模塊化裝配式鋼結(jié)構(gòu)桁架梁承載力性能研究[J].工業(yè)建筑，2018（8）：14-18.

（作者單位：上江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0102-02