鋼結構節(jié)點設計

2024/11/71今天要講的內容上午:多高層房屋鋼結構節(jié)點連接設計中的常見問題。下午:多高層房屋鋼結構設計施工圖的平面表示法

中國建筑標準設計研究院劉其祥（教授級高工）2024/11/72節(jié)點連接在結構設計中的重要性：在以往國外多次地震中，常常發(fā)生鋼框架節(jié)點和豎向支撐節(jié)點破壞的事例，特別是

1994

年發(fā)生在美國的北嶺地震

和

1995

年發(fā)生在日本的阪神地震，有數(shù)十幢房屋鋼結構倒塌，數(shù)百幢多、高層房屋鋼結構的梁柱剛性連接節(jié)點受到嚴重破壞，引起了世人的極大關注，促使一些國家的學者、科技人員加強了這方面的研究。2024/11/73

我國是世界上遭受地震最嚴重的國家之一，不論是歷史上還是現(xiàn)代，地震在中國的死亡人數(shù)和經濟損失在世界上都是居于首位。世界地震史上死亡人數(shù)最多的一次地震是1156年我國的陜西華縣

8

級地震，死83萬人（摘自魏璉編著的《建筑結構抗震設計》萬國學術出版社，1991）。在世界近代地震史中，死亡人數(shù)最多的一次.地震也發(fā)生在我國，即1976年河北唐山7.8級地震，死

24萬余人。

地震在我國造成的經濟損失十分巨大，據建國以來十幾次

7

級以上地震的不完全統(tǒng)計房屋倒塌一億多平方米，直接經濟損失達數(shù)百億之多。2024/11/74

就以最近幾年為例，在我國新疆、西藏、云南、內蒙古自治區(qū)、江西等地先后就發(fā)生了多起6

級左右的地震，特別是最近5

月12日在四川的汶川還發(fā)生了7.8級的特大地震，災情非常嚴重。這就說明了地震活動在我國不但相當頻繁而且給我國造成的危害和損失也非常巨大。因此正確地認識我國地震活動的特點以及我國經濟力量的現(xiàn)狀，充分運用國內、國外現(xiàn)代地震科學技術的成就，采用合理的，既安全又經濟的抗震設計方法，來改善建筑物的抗震性能，減輕城鄉(xiāng)地震災害，是我們每個結構設計人員義不容辭的使命。2024/11/75多高層房屋鋼結構節(jié)點連接設計常見問題

主要內容包括

一梁柱剛性連接節(jié)點設計中的常見問題二框架梁栓焊拼接的常見問題三框架梁全栓拼接的常見問題四次梁與主梁簡支栓接的常見問題五中心支撐拼(連)接設計中的常見問題2024/11/76一首先談談在目前多高層房屋鋼結構

梁柱剛性連接節(jié)點設計中所存在的問題

及其正確的設計方法

要點：在現(xiàn)行的《高鋼規(guī)》和《抗震規(guī)》中，由于在梁柱剛性連接和中心支撐連接的抗震設計規(guī)定，多處存在有較大缺陷，致使在一般條件下，按照現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范設計出來的節(jié)點，多數(shù)情況下存在并不抗震的情況，特此作專題討論.2024/11/77

按照現(xiàn)行的《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011

2001多層和高層房屋鋼結構的連接節(jié)點的抗震設計應分兩個階段進行，如下所示.2024/11/78

即一是,當遭遇多遇地震作用（小震）時的彈性階段，應采用表達式

即抗震規(guī)范公式(5.4.2

）

(見下頁)

。注意：該條在規(guī)范中為必須嚴格執(zhí)行的強制性條文.2024/11/792024/11/710式中：S

—

考慮多遇地震作用時，荷載效應和地震作用效應在結構構件中的組合設計值，包括組合的彎矩、軸向和剪力設計值。R

—

結構構件承載力設計值。

—結構構件承載力的抗震調整系數(shù)（對于框架梁、柱取0.75；連接焊縫取

0.9；連接螺栓、節(jié)點板件取

0.85

；支撐取

0.8

等）2024/11/711

二是，當遭遇超過多遇地震（小震）作用至基本烈度（中震）設防，或遭遇罕遇地震作用（大震）時，規(guī)范還要求用公式即《抗震規(guī)》公式（8.1.8）進行連接的極限承載力驗算(如下所示)2024/11/7122024/11/713

但是，在執(zhí)行上述規(guī)范時，不同的設計人員，很可能在相同設計條件下設計出三種承載力相差非常懸殊的連接作法，這三種不同的作法是:

一是，當按設計表達式計算時，完全按組合內力來設計節(jié)點連接。

二是，組合內力只是作為檢驗構件截面的依據。但在塑性區(qū)的節(jié)點連接設計時，是取高于構件的最大承載力設計值作為節(jié)點的作用力來對節(jié)點連接進行設計與驗算。

三是，完全拋開以上兩種設計方法，而是完全按照公式來進行連接的極限承載力計算。2024/11/714

以上三種截然不同的設計方法，將直接影響到設計的節(jié)點是否滿足“強節(jié)點弱桿桿”的抗震要求。是否能實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”

設計目標的根本問題，所以下面將著重討論證明前面所提到的第一種理念正確,但存在有較大缺陷，第三種設計理念雖然可取，但式中的有關系數(shù)和強度取值有問題，很不安全。唯第二種設計計算方法才是比較穩(wěn)妥的。2024/11/7151.1第一種設計方法

（即按組合內力來設計的方法）

采用該法的理論根據是，按照規(guī)范的下述規(guī)定,即:

一般是按梁的應力強度比R1（

,見下頁,即梁的地震組合彎矩設計值乘以梁的承載力抗震調整系數(shù)后，在梁截面中產生的彎曲應力與梁的鋼材強度設計值之比）來進行設計。且認為可按以下三種不同情況分別進行處理。為了方便說明問題，在此引用一個具體數(shù)字來說明這一方法的思路。2024/11/716以下是電算結果的表示方法，摘自《高層建筑

結構空間有限元分析與設計》軟件SATWE2024/11/717

假定梁端有一個的地震組合彎矩,并將表達式變換為。在驗算梁截面時，要求梁截面抗彎承載力設計值必須，但在確定梁端的焊縫連接時，其焊縫截面的抗彎承載力設計值就必須要。即在相同組合彎矩作用下,經過規(guī)范采用不同的調整系數(shù)調整后，就變成了在設計焊縫連接與設計梁截面時，分別采用不同的內力設計值來進行設計。即在設計連接焊縫時所取的內力設計值，就應是梁截面內力設計值的倍。2024/11/7181）如果所設計的梁截面剛好等于（即應力強度比

R1

剛好等于

時），由于梁端連接焊縫的抗彎承載力設計值需要此時梁端整個截面即使采用全熔透的對接焊縫，也只能承受的彎矩。怎么辦？可采用加強式連接來解決（如加蓋板；或局部加寬梁端翼緣板，或在梁端下翼緣加腋板等辦法來增大焊縫的抗彎模量）。2024/11/719

2)

如果在梁端不采用加強的作法，而是在工廠采用全焊縫連接的常規(guī)作法。由于焊縫的抗彎承載力最多只能作到與梁截面的抗彎承載等強，此時就必須要改用一個能承受的梁截面，但此時由于梁截面只需用的彎矩值來設計，梁的承載力有富裕不能充分利用，其應力強度比

R1

只用到了。2024/11/720

3）如果在梁端仍不采用加強的作法，而是在梁端采用栓焊連接的另一種常規(guī)作法（即梁腹板與柱之間采用只傳遞剪力的螺栓連接，梁翼緣與柱之間采用只傳遞彎矩的全熔透坡口對接焊）由于焊縫的抗彎承載力最多只能作到梁截面抗彎承載力設計值的，此時就必須要改用一個能承受的梁截面，但此時由于梁截面只需用的彎矩值來設計，梁的承載力更加富裕而不能充分利用,其應力強度比R1

只用到了。

2024/11/721

總結連接設計的第一種方法，從上面的具體算例可以看出，如果在抗震的節(jié)點連接設計中，按地震組合內力來進行設計，就必然出現(xiàn)下面歸納的三種情況：2024/11/7221）

當梁的應力強度比大于

0.83

時，就應開始在梁端采取加強措施來增大焊縫的抗彎承載力當梁的應力強度比大到等于

1.0

時，其加強后的焊縫抗彎承載力設計值就應不小于梁截面抗彎承載力設計值的

1.2

倍。(

該1.2

即為焊縫的抗震調整系數(shù)

與梁的抗震調整系數(shù)之比）。如下圖所示：2024/11/723即當應力強度比R1

為

0.83～１時2024/11/7242）當梁的應力強度比R1

小于

0.83

時，在梁端就可以不必加強，而只需采用全焊接連接（即截面的抗彎等強連接）就可滿足使焊縫的抗彎承載力設計值大于組合內力設計值的

1.2

倍的要求。如下圖所示：2024/11/725即當應力強度比R1

為

0.83～0.73

時2024/11/726

3）當梁的應力強度比小于時，在梁端還可以采用栓焊連接的作法（即梁腹板與柱之間采用只傳遞剪力的螺栓連接，梁翼緣與柱之間采用只傳遞彎矩的全熔透坡口對接焊）同樣也能使栓焊連接的承載力大于組合內力設計值

1.2

倍的要求。如下圖所示：2024/11/727即當應力強度比R1

<0.830.85=0.70

時2024/11/728

按照以上的思維方法來設計抗震連接節(jié)點是不是就可以了呢？如果單從多遇地震作用效應來進行以上的設計，是可行的，但從抗震設計的原理和當?shù)卣鹆叶雀哂诙嘤龅卣饡r來看，是不行的。因為，我們的設計目標不僅僅是只滿足小震不壞的強度要求，而更重要的是要實現(xiàn)中震可修、大震不倒的設計目標。如按組合內力來設計連接節(jié)點，只能說,其連接只能抗小震而不能抗大震。這是因為：2024/11/729

多遇地震的烈度要比基本烈度低

1.55

度。其地面加速度和地震影響系數(shù)最大值只是設防烈度地面加速度和地震影響系數(shù)最大值的

0.35倍。當?shù)卣鹆叶雀哂诙嘤龅卣疬M入設防烈度的過程中，凡是應力比較低（即截面較大）的抗側力構件，由于仍處于彈性階段，其構件內力仍將繼續(xù)隨地震作用的加大而加大,梁的彎曲應力比

R1

必然也將隨之增大到

1.0

。2024/11/730

同樣，也需要把前面的第二、第三兩種節(jié)點連接形式（或下頁的第二、第三圖）的梁端截面局部加大，使連接焊縫的抗彎承載力設計值達到不小于框架梁抗彎承載力設計值的

1.2

倍，才能確?？蚣芰涸诖笳饡r進入塑性，使延性得到充分發(fā)揮。否則，只加大截面而不加強連接，當?shù)卣鹱饔貌粩嗉哟髸r,則連接焊縫的彎曲應力必然高于梁端截面的彎曲應力,必然很容易發(fā)生當梁端截面還未進入塑性之前,處于梁端薄弱的連接焊縫，就會因彎曲應力過高而發(fā)生“脆性破壞”?，F(xiàn)再利用下圖來形象的加以說明。2024/11/731.2024/11/7321.2

第二種設計方法

（即按構件的承載力來設計的方法）

從前面的論述和結合上圖足以說明：在多遇地震階段，按設計表達式對構件和節(jié)點連接進行設計驗算時，結構構件的地震內力組合設計值只能作為控制構件截面的依據。當結構構件截面決定之后，只要是在塑性區(qū)段，就應改用以構件的承載力來進行連接設計。對于框架結構中的梁柱剛性連接節(jié)點，就應使梁端焊縫的抗彎承載力設計值不得小于框架梁抗彎承載力設計值的

1.2

倍。2024/11/733

即

其實這就是取“組合內力設計法”中的應力強度比剛好處等于1.0

這種特定下的結果(這是因為，如前所述，凡是應力比較低（即截面較大）的抗側力構件，由于仍處于彈性階段，其構件內力仍將繼續(xù)隨地震作用的加大而加大,梁的彎曲應力比R1

必然也將隨之增大到

1.0

的必然結果。)從而，這就必須要采用“加強型”

節(jié)點的作法，才能滿足這一計算要求。2024/11/734

從理論上講，在梁柱的連接節(jié)點中，要是連接焊縫真正做到了與被連接構件的等強連接而又無瑕疵和缺陷的話，是不需要采取任何加強措施的。但事實上由于在梁端的焊縫連接處存在諸多不利因素，如焊接工藝孔對梁腹板截面的削弱；對接焊縫不可避免的存在某些缺陷（如焊接產生的氣孔、夾渣、熔敷金屬未完全熔合、弧坑、咬邊、焊后收縮產生的微裂縫）；熱影響區(qū)產生的殘余應力的不利因素；以及還應考慮到當梁截面在形成塑性鉸時，由于有的鋼材屈服強度偏高而加大連接受力的不利因素等等……。2024/11/735

所以在規(guī)范的強制性條文中分別將焊縫的取

0.9

將梁的取

0.75。使焊縫連接的承載力應不小于構件承載力設計值的1.2

倍。這正體現(xiàn)了強連接弱桿件的抗震設計原則。確保當框架梁的端部出現(xiàn)塑性鉸時，梁端的連接基本還處于彈性狀態(tài);

確?？蚣芰涸诮浭軓男≌鸬酱笳鸬娜^程中節(jié)點不致發(fā)生破壞，使結構的整體性自始至終得到保證。

這一設計理念與目前美國自1994

年北嶺地震以后在設計思想方面所發(fā)生的變化和采用的設計方法是相同的。無疑上述第二種設計方法才是比較穩(wěn)妥的。2024/11/736

1.

3第三種設計方法（極限承載力設計法）

即用公式

進行連接計算的方法

采用該法的理論根據，就是充分利用焊縫的極限抗拉強度遠高于鋼材的屈服強度的這一特性。當框架梁在強震作用下，梁端鋼材屈服出現(xiàn)塑性鉸后，只要梁端連接焊縫的極限抗彎承載力能夠抵抗梁截面塑性彎矩的

1.2倍，即可認為滿足強震要求。

從概念上來講，這種思維方法好像有些道理，但這里面要涉及兩個問題。一是，其計算假定是否與實際應力圖形相符，二是，計算公式中所隱含的的取值是否符合實際。2024/11/737

為了檢驗用公式是否能抗大震的問題，特取《高鋼規(guī)》中、最具有代表性的梁柱栓焊連接節(jié)點（見下頁）來加以討論。2024/11/7382024/11/739

由于圖

8.3.3(a)

這種節(jié)點的計算假定是：梁腹板連接只考慮傳遞剪力，不考慮傳遞彎矩。梁的全截面塑性彎矩全部通過翼緣的連接來傳遞給柱。這種作法，不但不能用于抗震結構，就是用于非抗震結構也是很不合適的。因為：2024/11/740

其一，就憑直覺，在這種節(jié)點中，梁端翼緣未作任何加強，梁腹板與柱的連接螺栓只考慮傳遞剪力、不考慮傳遞彎矩。則其梁端栓焊連接處翼緣焊縫的抗彎能力則只有梁截面彈性抗彎能力的

85%

左右（即梁翼緣截面的彈性抵抗矩與全截面彈性抵抗矩之比）。如果再將因高空施焊條件較差、焊縫存在缺陷以及焊接殘余應力等不利因素考慮在內，按鋼結構設計規(guī)范規(guī)定，焊縫強度的設計值尚應乘以

0.9

的折減系數(shù)，則焊縫的抗彎承載力只有框架橫梁抗彎承載能力的75%

左右。2024/11/741

很顯然，像這種比等強連接還低，連非抗震結構就很難被人接受的連接節(jié)點，卻用在本比非抗震結構要求更高的抗震結構上，這就違背了在抗震設計中必須遵循的強柱弱梁、強節(jié)點弱桿件的基本原則。2024/11/742

其二，

從理論上講，其節(jié)點連接的計算公式與節(jié)點的具體作法,在梁腹板中所產生的應力圖形嚴重不符。如下圖所示：2024/11/7432024/11/744

其三即使采用這一與實際彎曲應力圖形嚴重不符的公式，就以這種不合理的計算模型來進行計算，其梁端翼緣與柱的對接焊縫的極限抗彎承載力也大大低于梁截面

1.2

倍的塑性彎矩。這也就有力的證明了這種連接節(jié)點的作法是毫無抗震能力的。以下面的驗算為證：2024/11/745

如以

Q345

鋼，E50

焊條為例將梁翼緣坡口焊縫的換算成來進行比較，由于(式中按規(guī)程規(guī)定取最小值)。

由上式常用截面翼緣的只有全截面的70%~80%

如考慮高空焊接的不利影響后則：

2024/11/746事實上,式中的是波動的（如下表所示）

不應采用最小值2024/11/747所以應符合下述規(guī)范中的有關規(guī)定

《高鋼規(guī)》的有關規(guī)定《抗震規(guī)》的有關規(guī)定2024/11/748

按最不利考慮，應采用

來計算梁翼緣坡口焊縫的極限抗彎承載力，則：

如考慮高空焊接的不利影響后則：

2024/11/749

但在《高鋼規(guī)》中對于這樣的弱節(jié)點不但沒有作出應加強連接方面的有關規(guī)定和作法。相反卻作了

“在柱貫通型連接中，當梁翼緣用全熔透焊縫與柱連接并采用引弧板時，式將自行滿足”

的規(guī)定。事實上經過前面的論證，這個結論是不成立的，起到了誤導的作用。這種節(jié)點一旦在工程中使用(事實上這種節(jié)點已在實際工程中用了不少)，這就埋下了在大震時，當框架梁尚未進入塑性之前，其連接焊縫就會過早發(fā)生脆性破壞的隱患。2024/11/750

也正是這種弱節(jié)點在

1994

年的美國北嶺地震和

1995

年的日本阪神地震中破壞最為嚴重，且破壞時毫無塑性發(fā)展的跡象。其根本原因就是因為連接焊縫的抗力嚴重不足、焊縫所受的彎曲應力過高而造成的脆性破壞。(下圖為

1994

年，美國北嶺地震中梁柱焊接連接處的失敗模式。)

2024/11/7512024/11/752

由此也可將不抗震的栓焊節(jié)點引伸到

“鋼梁與箱形柱”

在工廠的全焊接節(jié)點上，由于箱形柱的壁板不能有效的傳遞梁腹板上的彎矩，其實質與“鋼梁與工形柱”在工地采用栓焊連接作法的受力情況基本上是差不多的。因此“鋼梁與箱形柱”在工廠的全焊接節(jié)點，也應采用梁端加強式的作法，才有利于抗大震。如下圖所示：2024/11/753

當采用如右圖所示的加強式連接后，其塑性鉸必然外移，梁腹板上的彎矩，可通過圖中所示的力線傳遞給梁的翼緣加強板。從而就可實現(xiàn)梁端腹板與柱的連接只考慮傳遞剪力、不考慮傳遞彎矩的假定。

2024/11/754梁端上、下翼緣用蓋板加強后試驗的破壞模式2024/11/755梁端上翼緣加蓋板下翼緣加腋后試驗的破壞模式2024/11/756

總結前面的講述，在此特為以下常用的三類節(jié)點作法，在抗震性能方面作一個評價：2024/11/7572024/11/758對比國外在這方面的設計動向

自美國北嶺地震以后，在

A.R.Tamboll,P.E.Fasce,

HandbookofStructuralSteelConstructionDesignand

Details

設計手冊中規(guī)定:不管是采用加強式連接還是犬骨式連接，在塑性鉸處的彎矩值均一律取。為防止焊縫破壞和避免柱翼緣板層狀撕裂，在柱面連接處其梁端彎矩在連接中的受力要保持彈性。其柱面在梁翼緣方向的彎矩，即(式中）,或在梁端所產生的彎曲應力應滿足公式的要求。2024/11/759

將我國(僅指第一階段)與美國設計手冊的計算公式進行比較：我國，根據連接的承載力設計值應是框架梁抗彎承載力設計值1.2

倍的關系:

或

也可表達為：或由于焊縫的大于梁截面的,塑性鉸必然外移，其表達式必然為:美國為：取第一項比較：美國/我國2024/11/760

為確保梁端塑性鉸的形成需采取的構造措施

在這方面，目前很多國家仍在不斷的研究改進，且其主攻方向可歸納為：

1)提高焊接工藝，提高焊縫質量；

2)采用加強式連接；

3)采用削弱式連接；

4)有時可能三者并用。這些都是我們值得吸取的有益經驗。由此至少可以得到以下啟示:2024/11/761

根據我國抗震規(guī)范在多遇地震階段節(jié)點設計中有關規(guī)定，為了滿足連接的抗彎承載力設計值應是框架梁抗彎承載力設計值

1.2

倍的要求，前面已經談到必需采用塑性鉸外移的梁端增強式連接（可采用加蓋板，加翼板或加腋等作法），或者采用在離梁端不遠處，將梁的上下翼緣進行削弱的犬骨式連接，這兩類節(jié)點作法較多，現(xiàn)擇選幾個具有代表性的節(jié)點，示之如下：2024/11/762梁端加強式作法之二2024/11/763梁端加強式作法之三2024/11/764梁端加強式作法之四2024/11/765

梁端加強式作法之五2024/11/766梁端加強式作法之六2024/11/767

梁端削弱式

作法之一

2024/11/768

梁端削弱式

作法之二

作法之三

2024/11/7691.4

梁端與柱的連接計算前面已詳盡的證明了在三種設計計算方法中,惟有在小震階段的第二種設計方法（即連接的承載力設計值應不低于構件承載力設計值的倍)才是穩(wěn)妥可靠的。因此下面對各種不同的節(jié)點連接形式，其計算模型和計算公式，均按此方法來進行推導.2024/11/7701.4.1)

梁端加強式的連接計算

在采用梁端增強式塑性鉸外移的連接中，就有條件可將梁腹板與柱的連接采用只承受剪力（當然也可以采用同時承受剪力和彎矩）的假定。因塑性鉸外移后其梁腹板上的彎矩可由下圖的傳力途徑來實現(xiàn)。(

但在單獨采用犬骨式的連接中，梁腹板與柱的連接，只宜采用同時承受剪力和彎矩的假定,不然梁端與柱的連接不等強，翼緣的削弱寬度將很大才能滿足設計要求）。2024/11/771塑性鉸外移后其梁腹板上的彎矩傳力途徑2024/11/772

圖中蓋板長度

及

的由來根據國外資料介紹，在非線性階段側焊縫的性能要比端焊縫的性能好很多，故在板尾無端焊縫。對于Q235

鋼：

當

時：（取）

當時：（?。?/p>

當時：（?。?/p>

當時：（?。?024/11/773對于

Q345

鋼

當時：（取）當時：（?。┊敃r：（取）當時：（?。?024/11/774梁端翼緣加強板的計算簡圖2024/11/775翼緣板加強后，其加強板截面積的計算公式

式中:

其中

按以下情況取值：

１)

當與工形柱相連，其連接既抗剪又抗彎時：

（用于Q235鋼）

（用于Q345鋼）

２)

當為箱形柱或工形柱但連接只抗剪時：取與上述情況１)中的較大者2024/11/776

1)當梁腹板與柱的連接只抗剪時,其加強板的截面積由2)當梁腹板與柱的連接既抗剪又抗彎時,其加強板的截面積2024/11/777

梁端翼緣加強板的算例例1

設有一梁截面為H

柱截面為

□

，梁凈跨為,恒載活載引起的梁端剪力設計值為鋼材牌號為,材料強度為：2024/11/778

設塑性鉸距梁端的距離:

梁截面的彈性模量(可從手冊中查得

)

2024/11/7791)如圖,其梁腹板與柱的連接只抗剪時的加強板截面積設取蓋板寬為

厚度為(取)

附:如采用加寬翼緣板方案（）梁翼緣每側加的板寬為:(取85mm)2024/11/7802)

當梁與工形柱的連接既抗剪又抗彎時的加強板截面積

取蓋板寬：厚度為：(取10mm)2024/11/781梁端用蓋板加強時的注意事項

蓋板端部與柱翼緣連接的坡口焊縫。有兩種構造方案，如下圖所示。第一種，坡面連續(xù)的大坡口。是較好的構造。第二種，分別作坡口，先焊翼緣后焊蓋板。雖然其焊縫金屬比較少，但蓋板焊縫與梁翼緣焊縫呈銳角相交，形成了“切口”效應，這是不希望的。從斷裂力學的角度考慮，第二種構造容易出現(xiàn)向柱翼緣擴展的水平裂縫。2024/11/782蓋板端部與柱翼緣連接的坡口焊縫2024/11/783

設計人員無論采用哪一種構造，都必須考慮節(jié)點區(qū)的熱量輸入和殘余應力的不利影響。為了限制節(jié)點區(qū)過度的熱量輸入。其焊縫最大總厚度必須控制在2倍梁翼緣厚度或柱翼緣的厚度之內。2024/11/784

關于下翼緣蓋板:宜取與之較大者。根據地震后考察結構破壞的情況來看，其破壞部位均發(fā)生在梁下翼緣與柱的焊縫連接處。這一現(xiàn)象說明，混凝土樓板參與了梁的部分工作，使鋼梁的中和軸上移，下翼緣力臂加大，受力比上翼緣不利。故加大下翼緣蓋板的寬度，一是可使下翼緣的受力得到改善。二是也便于工地俯焊。

注:1）所求得的蓋板厚度不宜大于梁翼緣板的厚度;

2）其焊縫最大總厚度必須控制在2

倍梁翼緣厚度或柱翼緣的厚度之內。2024/11/785

為滿足強柱弱梁的抗震要求，其柱截面的塑性抵抗矩和梁截面的塑性抵抗矩應滿足下式的要求現(xiàn)行《抗震規(guī)》對采用等截面梁的標準型梁柱連接的計算公式

式中：—強柱系數(shù)，超過

6

層的鋼框,

6

度

Ⅳ

類場地和

7度時取

1；

8

度時取

1.05；9

度時取

1.152024/11/7862）修訂中的《高鋼規(guī)》對采用等截面梁的標準型梁柱連接擬采用的計算公式

修訂中的《高鋼規(guī)》對塑性鉸外移的加強型梁柱連接節(jié)點，擬增加的計算公式

）式中：1.1

—考慮材料的應變硬化效應。

—考慮材料實際屈服強度的提高系數(shù)

（

或1.2

）2024/11/7871.4.2

梁端削弱式的連接計算2024/11/788

1)確定犬骨式連接的有關參數(shù)犬骨式連接節(jié)點的設計原理，就是保證大震下塑性鉸出現(xiàn)在梁翼緣的削弱部位。并要求梁翼緣的削弱對梁的剛度和強度影響都很小，要實現(xiàn)這一目標，關鍵是如何確定削弱部位距柱邊的距離a

,

削弱部位的長度b

,

以及削弱部位的深度

c

這三個尺寸（其符號意義如下圖所示）。2024/11/789

對于對應于梁腹板平面內有柱腹板或設置有豎向加勁肋的柱截面而言，a

越小越好，但a

越小對剛度和強度的降低也就越大。一般a取0.25

倍梁高；對無柱腹板者或梁腹板與柱的連接只抗剪不抗彎時（只限于翼緣加強與削弱并用的連接中）a

宜取0.5

倍梁高。削弱長度b，主要由延性要求和剛度要求確定，從剛度角度出發(fā)，b

越短越好。從延性出發(fā)，b

越長，則同時進入塑性的區(qū)段越長。即延性越好。再根據國際上對塑性鉸相對轉角不應小于0.03

弧度的要求，綜合考慮b

宜取

0.8倍梁高。2024/11/790

最后就是確定翼緣削弱部位的深度C,深度C

是保證塑性鉸出現(xiàn)在翼緣削弱部位和強度控制在一定范圍之內的關鍵。削弱深度可由翼緣削弱部位的截面塑性抗彎承載力與梁端連接焊縫抗彎承載力之間的幾何關系來確定。如下圖所示：2024/11/791梁端削弱式連接的計算簡圖2024/11/792削弱梁與工形柱連接時其削弱深度C的計算公式削弱處的彎矩設計值

(1)使柱面處的彎矩設計值為(2)

將式中:代入式(2)

得:……(3)將式(1)代入(3)并經整理最后得2024/11/793削弱梁與工形柱連接時其削弱深度C的計算算例

(設計條件如下)

例2

梁截面為，柱截面為

,梁凈跨為,恒載活載引起的梁端剪力設計值為鋼材牌號為,材料強度為：2024/11/794

2024/11/7951.4.3

梁端增強式和削弱式并用的連接節(jié)點作法為適應現(xiàn)有的電算程序，宜采用梁端加強式與犬骨式相結合的作法，其理由如下：2024/11/796一是，削弱式節(jié)點固然是目前公認的一種較好的抗震作法。它的最大優(yōu)點是：塑性區(qū)長，有較好的轉動能力。比較容易滿足國際上公認的轉角不小于0.03

弧度的要求?？梢哉嬲鞯窖有栽O計。但是，如采用單純的犬骨式節(jié)點，梁端截面不加強，為了滿足梁端的連接承載力不應小于梁載面承載力設計值1.2倍的要求。則梁端的應力強度比最大只能控制到

0.83

。梁截面的強度不能得到充分發(fā)揮。如果采用梁端加強式與犬骨式相結合的作法，不但梁截面的強度可以得到充分發(fā)揮，而且還可使梁翼緣上的削弱深度

C

減小。2024/11/797二是，如單純采用梁端局部增強式連接，雖然很容易做到梁端的連接承載力不小于梁截面承載力設計值的

1.2

倍。但由于塑性鉸的外移，地震時，將會使框架柱的計算彎矩比不加強時要大許多。為了不違背強柱弱梁的基本原則，不得不因此而加大柱的截面。當采用犬骨式與梁端局部增強式相結合的作法后，不但不需加大柱的截面，而且還可使增強式連接中的蓋板厚度減小。梁端焊縫質量較容易得到保證。2024/11/798梁端加強式與犬骨式相結合的作法之一2024/11/799梁端加強式與犬骨式相結合的作法之二2024/11/7100梁端加強式與犬骨式相結合的作法之三2024/11/7101加強與削弱式相結合的計算簡圖2024/11/71021)

加強與削弱并用時，其翼緣的削弱深度c計算2024/11/7103加強削弱梁與柱連接時其削弱深度C

的計算公式削弱處的彎矩設計值

(1)使柱面處的彎矩設計值為(2)

將式中:代入式(2)

得:……(3)將式(1)代入(3)并經整理最后得注:

當與箱形柱相連時取與二者間的較大者;當與工形柱連時取2024/11/71042)加強削弱梁與柱連接時的加強板計算公式

a)當梁與箱形柱相連只抗剪不抗彎時,其加強板的截面積

b)當梁腹板與柱的連接既抗剪又抗彎時,其加強板的截面積

2024/11/7105梁端加強式與犬骨式相結合的的算例

（設計條件同前例，

腹板連接只抗剪時

）2024/11/7106(設計條件如下)

例3

梁截面為，柱截面為

□

,梁凈跨為,恒載活載引起的梁端剪力設計值為鋼材牌號為,材料強度為：2024/11/71071)當梁端與箱形柱相連時(腹板連接只抗剪)

a)粱翼緣的削弱深度C

2024/11/7108b)

腹板連接只抗剪時的蓋板截面尺寸

式中:

(取)2024/11/71092)當梁端與工形柱相連時(腹板連接可抗剪,抗彎)

a)梁翼緣的削弱深度C

2024/11/7110b

)

腹板連接可抗剪,抗彎時的蓋板截面尺寸

式中:

(取)2024/11/7111當梁端與柱用加強或削弱方式連接時其有關的計算公式匯總

2024/11/7112

梁端與柱不同連接方法(加強與削弱)的結果比較

梁截面柱截面鋼材

跨度

2024/11/71131.4.4

梁腹板與柱間采用高強度螺栓連接時的計算1)

在多遇地震階段，其剪力公式近似取并按下式驗算連接螺栓的抗剪承載力：式中:—

分別為連接螺栓的行、列數(shù)；

—

為一個高強度螺栓摩擦型連接的抗剪承載力設計值。2024/11/7114

2)

在大震階段，考慮到在小震階段原設計的高強度螺栓摩擦型連接，可能在基本烈度地震或大震作用下蛻變?yōu)槌袎盒瓦B接故還應按下式進行復核：式中：為板件的極限抗壓強度，，為鋼材的抗拉強度最小值）為一個高強度螺栓的極限抗剪承載力,其值為

2024/11/7115二

框架梁的栓焊拼接2024/11/7116栓焊拼接的計算假定和計算方法中的常見問題2.1

腹板拼接計算方法中的常見問題，

1）一是，按拼接縫處的彎矩和剪力設計值計算。即腹板拼接板及每側的高強螺栓承受拼接截面的全部剪力及按剛度分配到腹板上的彎矩，不計入剪力對梁腹板兩側螺栓形心產生的附加彎矩。

2）二是．按拼接縫處的彎矩和剪力設計值計算。即腹板拼接板及每側的高強螺栓承受拼接截面的全部剪力及按剛度分配到腹板上的彎矩，并計入剪力對梁腹板兩側螺栓形心產生的附加彎矩，且在計入時又分以下兩種：2024/11/7117a)取拼接縫處的彎矩按腹板的剛度進行分配后再加上剪力對梁腹板兩側螺栓形心產生的附加彎矩之和．

b)取拼接縫處的彎矩和剪力設計值加上剪力對梁腹板兩側螺栓形心產生的附加彎矩后按腹板的剛度進行分配．2.2

由于當翼緣為焊接、腹板為高強度螺栓摩擦型連接時，一般總是采用先栓后焊的方法，因此在計算中，應考慮對翼緣施焊時其焊接高溫對腹板連接螺栓預拉力的損失，損失后連接螺栓的抗剪承載力取。2.3

其拼接強度不應低于原截面抗彎承載的。2024/11/7118在梁腹板的拼接中螺栓群所承受的

剪力和彎矩

(取拼接縫處的彎矩和剪力設計值加上剪力對梁腹板兩側

螺栓形心產生的附加彎矩后按腹板的剛度進行分配)2024/11/7119螺栓群在彎矩和剪力作用下，角點螺栓所受剪力計算

式中：

其由來見下頁的推導

其由來見下頁的推導對于常用截面的栓焊拼接可查標準圖

03SG519-1其常用截面如下下圖所示．2024/11/7120

2024/11/7121本圖集受彎構件選用的H

型鋼截面規(guī)格（共72種）2024/11/7122標準圖03SG519-1栓焊拼接的計算公式

根據梁截面尺寸合理布置的螺栓群，分別取梁截面最大抗彎承載力設計值的，

(按0.1

進級）和(

為凈截面的最大抗彎承載力設計值

)，按截面模量分配在腹板上的彎矩和待定的剪力同時作用在拼接一側螺栓群的中心處，使螺栓群角點處螺栓的受力剛好達到其0.9

倍的最大抗剪承載力設計值時，反求出螺栓群可承受多大剪力這一思路來編制的。2024/11/71232.3

螺栓群在彎矩和剪力作用下，角點螺栓所受剪力的計算

式中：

2024/11/71242.4

確定腹板拼接板的厚度（應取下列四項中之最大者）

1)

根據螺栓群受的彎矩求板厚:

2)

根據螺栓群受的剪力求板厚：

3)

根據螺栓間距S確定板的厚度及原則上應使拼接板的截面面積不小于腹板的截面面積2024/11/7125

經計算后得出如下的主梁用栓焊拼接的選用圖表式樣2024/11/7126主梁栓焊拼接的索引表示方法2024/11/7127三

框架梁全栓拼接2024/11/7128全栓拼接的計算假定和計算方法中的常見問題

3.0.1梁翼緣拼接按梁翼緣凈截面在鋼材設計強度下的軸向承載能力進行等強設計。取，中較小者腹板拼接按承受所有剪力和梁的設計彎矩值中按腹板與全截面慣性矩的比值分配給梁腹板的彎矩設計，(也有計入和不入剪力對梁腹板兩側螺栓形心產生的附加彎矩兩種情況，在計入中也同樣存在有分配之后再計入和計入之后再分配的問題。）螺栓取與翼緣螺栓直徑相同。為使腹板上的螺栓和翼緣上螺栓的受力協(xié)調，腹板上受力最不利螺栓所受彎矩產生的水平分力與其力臂之比應不大于，

為高強螺栓的抗剪承載力設計值，為梁高，為螺栓群形心至角點螺栓處的豎直距離。為角點處一個螺栓的水平剪力。這其實是對彎矩在梁截面上線性分布的要求。2024/11/71293.0.2

李和華主編《鋼結構連接節(jié)點設計手冊》中國

建筑工業(yè)出版社1992年11月第一版假設作用在拼接縫處的彎矩M完全由翼緣的連接承擔，剪力Ｖ完全由腹板的連接承擔。2)

腹板拼接取下述三條件中的最大者來進行計算：

a取在拼接縫處的實際剪力設計值。

b取腹板凈截面抗剪承載力設計值的1／2

。

c取梁兩端彎矩設計值之和除以梁的凈跨長度所得到的剪力來確定。2024/11/7130全栓拼接宜采用的計算公式3.1

框架梁的翼緣拼接,通常按與翼緣等強度來計算。即取以下二式中之較小者：式中：、—分別為一個翼緣的凈截面面積和毛截面面積。

—是考慮摩擦型高強度螺栓的孔前傳力。

—

為翼緣連接一列的螺栓數(shù)（即行數(shù)）。2024/11/7131

公式的由來在1-1剖面處將代入上式即得2024/11/7132

1)

上、下翼緣連接一側所需的螺栓數(shù):

—為一個摩擦型高強度螺栓的抗剪承

載力設計值。

2)

上下翼緣上下側拼接板的板寬和板厚:

應使其凈截面面積各不小于翼緣凈截面面

積的一半為原則。2024/11/71333.2

腹板的拼接計算

在腹板拼接中，腹板拼接一側的高強度螺栓按承受拼接截面的全部剪力及按剛度分配到腹板上的彎矩。但其拼接承載力最小不得低于原截面抗彎承載力設計值的50%。腹板拼接螺栓的受力應符合梁截面中的應力分布，即腹板角點上的螺栓在彎矩作用下所產生的水平剪力值應與翼緣螺栓水平剪力值成線性關系。2024/11/7134在梁腹板的拼接中螺栓群所承受的

剪力和彎矩2024/11/7135

螺栓群在彎矩和剪力作用下，角點螺栓所受剪力的計算式中：

附加條件：

對于常用截面的全栓拼接可查標準圖

04SG519-2

其常用截面同前面的栓焊拼接.2024/11/7136標準圖

04SG519-2全栓拼接的計算公式

編制時，分別取梁截面最大抗彎設計值的（按0.1

進級）和按截面模量分配在腹板上的彎矩和待定的剪力V

同時作用在拼接一側螺栓群的中心處，使螺栓群角點處螺栓的受力剛好達到其最大抗剪承載力設計值時，反求出螺栓群可承受多大剪力V

來編制。2024/11/71373.3

螺栓群在彎矩和剪力作用下，角點螺栓所受剪力的計算式中：附加條件：2024/11/71383.4

確定腹板拼接板的厚度（應取下列四項中之最大者）

1)

根據螺栓群受的彎矩求板厚:2)

根據螺栓群受的剪力求板厚：

3)

根據螺栓間距S確定板的厚度及原則上應使拼接板的截面面積不小于腹板的截面面積。2024/11/71392024/11/7140主梁栓焊拼接的索引表示方法2024/11/7141總結：框架梁連接設計的一般規(guī)律

1）在非抗震框架結構、帶有懸臂段框架梁的工地拼接中，其拼接宜按梁中的實際內力按平面假定進行設計。且拼接的抗彎承載力不應低于梁截面抗彎承載力的

50%

。

2）在非抗震框架結構的梁柱剛性連接節(jié)點中，其連接宜按梁截面的等強度來設計，除非在某些構造截面中梁的內力與梁截面的內力相差很大時，才按上述第

1）條的原則進行連接設計。2024/11/7142

3）在抗震框架結構、帶有懸臂段框架梁的工地拼接中，對于全栓拼接的節(jié)點可置于塑性區(qū)段之內。但對于全焊或栓焊拼接的連接節(jié)點應置于塑性區(qū)段之外，但為了便于運輸，其懸臂段又不能太長，故宜將拼接點放在十分之一跨長和兩倍梁高塑性區(qū)段之外的附近，且此時，其拼接的承載力宜按梁截面的等強度來設計。2024/11/7143

4）在抗震結構的梁柱剛性連接中，不應采用小于等強度的連接。就是等強度的連接，也只能用在低烈度地區(qū)的抗震結構中。在高烈度地區(qū)，一定要采用加強式連接，最好是采用加強式與犬骨式相結合的連接。2024/11/7144四次梁與主梁(或與柱)簡支栓接

常用連接節(jié)點的形式2024/11/7145簡支栓接設計計算方法中的常見問題4.0.1

次梁的端部剪力由連接螺栓平均分擔。4.0.2

考慮到連接有一定偏心的約束作用，把