探究钢结构的节点设计与应用

史宇亮

摘 要:本文就刚框架结构的节点设计进行了相关阐述，连接节点的设计是钢结构设计中重要的设计环节之一，文章就节点设计的具体原则及节点连接的主要形式进行了探析。

关键词:钢框架结构 节点设计 应用

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的飞速发展，我国社会发展也在不断进步,科技技术不断的飞跃,对于框架结构已经不是单一只应用钢筋混凝土了。而全钢结构的特点就是结构面积较小并且自重较轻、延性大、工期短,所承载的能力较大等方面的特性,所以,已经广泛的应用到现代社会城市建设实际工程当中。

一、对于节点设计的具体原则

1.在钢框架抗震的设计当中必须要根据强柱弱梁、强节点弱构件以及强焊缝弱钢材的三强设计的原则, 而对于支撑杆和框架的构件,可以提高节点承载力,同时也可以避免破坏节点以及构件, 从而保证了构件的整体性其所特有的必要条件。然而由于对框架与节点的要求又不能过强,在一定程度内是允许在发生地震时, 在梁柱节点域的板件可以出现适当的屈服变形,从而也提高了框架的延性。在处理强柱弱梁型的框架时, 由于它可以实现构件总体屈服,所以在出现地震时而构件坍塌,其主要的原因就是因为构件受到了地震的作用在其损伤后而降低了承载重荷的能力。在通常的情况下, 由于框架梁只承受本楼层的荷载, 但是框架柱是需要承担更多楼层的荷载重力,所以,强柱是可以加强框架防坍塌的主要能力。在构件焊缝的延性方面,通常会低于连接件钢材的延性, 而作为强焊缝弱钢材的关键因素就是, 焊缝承载力必须要高于被连接件钢材板件的承载力,从而促使构件屈服截面可以防止出现在焊缝却位于钢板当中,也提高了构件的延性。

2.对于平面设计的主要原则就是,在设计全钢框架结构时,主要是达到建筑平面的简单规则、空间的合理划分、外形简洁等利于结构布置的特点。而对于结构布置必须要促使在结构每层抗侧力要同在水平作用下的合力可以接近重合,从而降低结构受扭的作用。由于抗侧力的构件应沿平面的纵横进行布置,必须要均匀、分散以及对称,在柱距之间不能过大,而应用柱网可以在6m～9m左右。同时,对于结构的布置必须要避免出现竖向与平面不规则的现象,在计算结构时必须要应用相关实际的计算模型,也要考虑到扭转的作用,但是,如果出现较为不规则的结构则可以进行补充计算。

二、在钢框架结构中的节点连接

根据梁柱连接转动的构造以及与刚度之间可以把梁柱的连接节点主要分为以下几类。

1.刚性连接。一般在刚性连接当中主要包括了栓焊连接、全焊连接以及全栓连接。而对于这种构造如果是在梁柱连接中是具有一定的刚性,而在梁柱间没有相对的转动, 所以可以承受弯矩。但是, 在通常的情况下,如果框架是抵抗侧力时,一般都是应用刚性连接,但是,刚性连接如果从理论上讲, 它所承受的剪力与弯矩的能力都不会小于梁的承载力, 也就是不会低于腹板全塑性剪力以及塑性铰弯矩。

栓接：铆接形式，在建筑工程中，现已很少采用，普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。高强螺栓，使用日益广泛。常用8.8s和10.9s两个强度等级。根据受力特点分承压型和摩擦型。两者计算方法不同，高强螺栓最小规格M12。常用M16～M30。超大规格的螺栓性能不稳定，设计中应慎重使用。

自攻螺丝：用于板材与薄壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅中，也常用于主结构的连接。

连接板：可简单取其厚度为梁腹板厚度加4mm，然后验算净截面抗剪等。

梁腹板：应验算栓孔处腹板的净截面抗剪，承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压，节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者常犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便地进行现场定位与临时固定。节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。比如钢管连接节点的相贯线的切口需要数控机床等设备才能完成。

2.柔性连接。在设计和分析的过程中,如果该构造在承受重力的荷载时它不会传递弯矩, 只会传递剪力, 所以, 应用这种方法其实就是为了达到简支梁支撑条件,也就是在梁端并没有发生线位移, 却可以转动。

3.半刚性连接。该连接是作为转动刚度在刚接与柔性连接之间节点的连接形式。

由此可以看出,在这三种接连当中,如果应用柔性连接时,其构造较为简单,然而在耗能与刚度方面性能会较差, 而结构的抗震能力与抗风能力不够完善。而应用刚性连接,其具有较好的受力性能,但构造较为复杂, 不利于施工, 所以难以确保其质量。但是,在应用半刚性连接当中, 它所具有柔性连接与刚接的优点, 同时也可以减少梁跨中弯矩,而加强了侧向的刚度,并且具有良好的承载能力。此外,在施工过程当中,它的构造较为简单,可以保证其施工质量。

三、对于节点连接的主要形式

通常梁柱节点的连接形式主要表现在几个方面:

1.在梁和柱所应用的是丁字形的连接形式,

在柱上会焊有安装的用支托,而柱的腹板可以应用横向的加劲肋进行加强。其优点具有较大的刚度,而缺点就是具有较大的施工难度,并且不易确保质量。

2.在梁和柱之间以角钢与盖板的连接形式

在根据梁腹板和竖直角钢的连接, 从而传递剪力。在柱上会焊有用支托,可以避免仰焊,而在上部的水平板必须要小于梁翼缘,下其部要大于梁翼缘。

3.应用宽翼缘T形钢的连接形式

其优点就是可以提高柱的抗扭刚度, 而缺点就是耗钢量较多。

四、在楼板与节点的连接

一般在建筑的楼盖主要是以砼和钢所组成的,所以,作为楼板就必须要具有一定的刚性,从而分配和传递地震影响。而楼盖梁主要是通过砼和钢组成梁, 所以楼板必须要应用在压型钢板上做现浇的钢筋砼所组合的楼板, 并且在钢梁与楼板当中的连接是设计节点的关键条件, 只有稳定的连接才可以确保楼盖的整体性, 也能有效的分配和传递地震影响。一般方钢和T型钢均是刚性连接,而弯钢筋和圆柱头栓钉的连接均是柔性连接, 通常连接件都是圆柱头栓钉, 而栓钉的直径一般在16mm～25mm左右, 对于设置抗剪连接件时必须要达到相关的规定要求。(1)在连接件沿梁的跨度方向其间距的厚度不能超过混凝土翼板的4倍,其主要目的就是为了避免钢梁的接触面与翼板之间出现较大的裂缝,并且影响其整体的耐久性。(2)在栓钉连接件的钉头超出翼板底部的钢筋顶面并且不能低于30mm,以确保连接件可以在钢梁和混凝土翼板之间产生抗掀起的作用。(3)在连接件外侧的边缘和钢梁翼缘之间则不能低于20mm。(4)对于在连接件顶面的混凝土其保护层的厚度不能低于15mm。(5)对于连接件外侧的边缘直到混凝土板边缘期间的距离不能低于100mm。

五、结束语

总之, 在应用其软件时,要按照工程的主要特性,并合理规范地选择计算参数, 以保证其准确性。在设计当中, 必须要按照设计的依据、技术数据、荷载、选择材料的具体要求、结构的布置、设计要求、选择构件截面以及节点构造等方面都要了解详细, 以便编制施工的详图, 从而也更好的应用在施工过程当中。

参考文献

[1] 严佩祥.浅谈钢框架结构节点设计[J].科技与生活,2011(8).

[2] 王国强．浅谈多高层钢结构连接节点设计[J].山西建筑,2007(33).

[3] 黄伟.钢框架结构梁柱性节点抗震设计[J].山西建筑,2007(35).