鋼框架結構的節(jié)點設計

1、    鋼框架結構的節(jié)點設計    侯廣偉 陳立杰摘要：鋼框架主要是鋼梁與鋼柱相結合組成的，并能夠承受水平荷載以及垂直的的結構，同時，也是在多層鋼的結構建筑當中較為普遍的結構體系，而梁柱節(jié)點的連接則是確保鋼結構的重要安全部位。通過多次震害證明得出，鋼框架結構由于在地震當中極易受到一定的損壞，其受到損壞嚴重的位置就在于剛性梁柱節(jié)點。對此,就如何針對節(jié)點設計進行研究探討。關鍵詞：鋼框架結構 節(jié)點設計中圖分類號：tu2文獻標識碼：a文章編號：引言：隨著社會的不斷進步和技術的不斷發(fā)展，框架結構不再是采用單一的鋼筋混凝土.全鋼結構具有自重輕、結構面積小、工期短、延

2、性大、承載能力大等優(yōu)點，因而越來越多地被應用到工程實踐中.常用的鋼框架結構主要有下列幾種：純框架結構體系、框架支撐體系以及鋼框架核心筒體系、帶伸臂桁架的鋼框架核心筒體系和筒體結構體系等較復雜的結構體系.1.設計原則1.1平面設計原則全鋼框架結構的設計應力求建筑平面簡單規(guī)則，平面和空間劃分合理，外形簡潔便于結構布置。結構布置應力求使結構各層的抗側力中心與水平作用合力中心接近重合，以減小結構受扭的影響.抗側力構件宜沿平面縱橫布置，做到分散、均勻、對稱。柱距不宜過大.柱網宜采用69m.結構布置還應盡量避免平面和豎向不規(guī)則，結構計算時應采用符合實際的結構計算模型并考慮扭轉影響，對于特別不規(guī)則的結構宜采

3、用彈性時程分析法作為補充計算。1.2節(jié)點設計原則鋼結構的抗震設計應符合“強節(jié)點弱構件、強柱弱梁、強焊縫弱鋼材”的“三強”設計原則.對于框架、支撐等桿系構件，使節(jié)點的承載力高于構件的承載力，防止節(jié)點的破壞先與構件的破壞，是確保構件整體性的必要條件.但對于框架，節(jié)點又不必過強，應允許地震時梁柱節(jié)點域的板件能產生一定量的剪切屈服變形，以提高整個框架的延性。“強柱弱梁”型框架，易于實現(xiàn)構件總體屈服機制。地震時構件的坍塌，最終原因是由于其構件受地震作用損傷后承載力低于所承擔的重力荷載.一般情況下，框架梁僅承擔本樓層的重力荷載，而框架柱則需承擔本層以上更多樓層的重力荷載，強柱有利于提高框架的防坍塌能力。構

4、件焊縫的延性一般均低于被連接件的鋼材延性，“強焊縫弱鋼材”即要求焊縫的承載力應高于被連接件鋼材板件的承載力，可以使構件的屈服截面避開焊縫而位于鋼板之中，從而提高構件以至整個構件的延性。2.對于節(jié)點連接的主要形式通常梁柱節(jié)點的連接形式主要表現(xiàn)在幾個方面：2.1在梁和柱所應用的是丁字形的連接形式，在柱上會焊有安裝的用支托，而柱的腹板可以應用橫向的加勁肋進行加強。其優(yōu)點具有較大的剛度，而缺點就是具有較大的施工難度，并且不易確保質量。2.2在梁和柱之間以角鋼與蓋板的連接形式。在根據梁腹板和豎直角鋼的連接，從而傳遞剪力。在柱上會焊有用支托，可以避免仰焊，而在上部的水平板必須要小于梁翼緣，下其部要大于梁翼

5、緣。2.3應用寬翼緣t形鋼的連接形式。其優(yōu)點就是可以提高柱的抗扭剛度，而缺點就是耗鋼量較多。3.在鋼框架結構中的節(jié)點連接根據梁柱連接轉動的構造以及與剛度之間可以把梁柱的連接節(jié)點主要分為以下幾類。3.1剛性連接一般在剛性連接當中主要包括了栓焊連接、全焊連接以及全栓連接。而對于這種構造如果是在梁柱連接中是具有一定的剛性，而在梁柱間沒有相對的轉動，所以可以承受彎矩。但是,在通常的情況下，如果框架是抵抗側力時，一般都是應用剛性連接，但是,剛性連接如果從理論上講，它所承受的剪力與彎矩的能力都不會小于梁的承載力，也就是不會低于腹板全塑性剪力以及塑性鉸彎矩。3.2柔性連接在設計和分析的過程中,如果該構造在承

6、受重力的荷載時它不會傳遞彎矩，只會傳遞剪力，所以，應用這種方法其實就是為了達到簡支梁支撐條件，也就是在梁端并沒有發(fā)生線位移，卻可以轉動。3.3半剛性連接該連接是作為轉動剛度在剛接與柔性連接之間節(jié)點的連接形式。由此可以看出，在這三種接連當中，如果應用柔性連接時，其構造較為簡單，然而在耗能與剛度方面性能會較差，而結構的抗震能力與抗風能力不夠完善。而應用剛性連接，其具有較好的受力性能，但構造較為復雜，不利于施工，所以難以確保其質量。但是，在應用半剛性連接當中，它所具有柔性連接與剛接的優(yōu)點，同時也可以減少梁跨中彎矩，而加強了側向的剛度，并且具有良好的承載能力。此外，在施工過程當中，它的構造較為簡單，可

7、以保證其施工質量。4.材料選取4.1材料的選取除了滿足強度要求，還應具有沖擊韌性的指標也要有所要求?？刹捎孟谋葲_擊試驗來選材和進行質量控制，所用材料應嚴格滿足有關結構標準所要求的沖擊。4.2對厚鋼板母材的材質要求：厚壁鋼材焊接的致命缺陷是發(fā)生沿母材板厚方向的層狀撕裂與母材的z向勝能有很大關系，一般認為莊鋼材中含有硫、磷等有害雜質使軋制過程中易形成片狀硫化夾雜物等材質缺陷只能導致鋼材沿板厚方向受力時一通常為焊接收縮應力容易分層撕裂發(fā)生層狀撕裂后般很難修復。因此，剛頒布的高層民用建筑鋼結構技術規(guī)范中，特別規(guī)定各類板厚度最小值。改善厚鋼板的z向性能與冶煉工藝有關國際上通行的做法有兩種：一是提純法，通

8、過降低鋼材中硫、磷的含量達到提高z方向性能的目的，目前我國標準采用此法z向吐能分為三個等級的與含硫量指標有關，在大連遠洋大廈高層鋼結構的設計中特別將含硫量、磷量統(tǒng)一做了控制。另一種做法是通過特殊的冶煉工藝將硫化物等有害雜質剔除。4.3焊縫金屬應與母材強度相匹配：q235鋼應選用e43型焊條或相應的焊絲；16mn鋼應選用e50型焊條或相應的焊絲；15mnv鋼應選用e55型焊條或相應的焊絲。5.樓板與梁的節(jié)點連接多高層建筑的樓蓋一般為鋼與砼組合樓蓋，樓板應具有足夠的剛性，以傳遞和分配地震作用.樓蓋梁可采用鋼砼組合梁.樓板宜采用壓型鋼板上現(xiàn)澆鋼筋砼的組合樓板或非組合樓板以方便施工.樓板與鋼梁之間連接

9、也是節(jié)點設計的一個關鍵，可靠的連接能保證樓蓋的整體性，從而有效地傳遞和分配地震作用.特別是在樓板與鋼梁邊緣，施工時一定要采取有效的措施，砼一定要振搗密實，避免漏漿.板與鋼梁之間必須采用剪力連接件使兩種材料連接，連接件根據其變形能力的不同分剛性連接和柔性連接，方鋼及t型鋼為剛性連接；圓柱頭栓釘、槽鋼及彎鋼筋連接屬柔性連接，常用的連接件為圓柱頭栓釘連接，栓釘直徑為1625mm.抗剪連接件的設置應符合以下規(guī)定：栓釘連接件釘頭高出翼板底部鋼筋頂面不宜小于30mm，這主要是為了保證連接件在混凝土翼板與鋼梁之間發(fā)揮抗掀起作用，并且底部鋼筋能作為連接件根部附近混凝土的橫向鋼筋，防止混凝土由于連接件的局部受壓

10、作用而開裂. 連接件沿梁跨度方向的最大間距不應大于混凝土翼板（包括托板）厚度的4倍，且不大于400mm，這主要是為了防止在混凝土翼板與鋼梁接觸面間產生過大的裂縫，影響組合梁的整體工作性能和耐久性. 連接件的外側邊緣與鋼梁翼緣邊緣之間不應小于20mm. 連接件的外側邊緣至混凝土板邊緣間的距離不應小于100mm. 連接件頂面的混凝土保護層厚度應不小于15mm.6.結語鋼框架結構越來越多地應用到工程實際中，作為結構工程師必須要根據建筑的特性、使用功能以及設計原則等方面,從而合理的應用結構體系,并且要根據鋼結構的重要特性,而選用適當的構件截面。此外,在節(jié)點域的范圍里,必須要應用合理的措施,既要節(jié)約又要安全。在應用其軟件時,要按照工程的主要特性,并合理規(guī)范地選擇計算參數,以保證其準確性。在設計當中,必須要按照設計的依據、技術數據、荷載、選擇材料的具體要求、結構的布置、設計要求、選擇構件截面