淺談高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

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1、淺談高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)　　摘要：目前鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的建筑領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了很大的市場(chǎng)，然而在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,連接的設(shè)計(jì)非常重要。以往的發(fā)生的震害給人留下的深刻印象，因此鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的一些重要問(wèn)題的研究引起學(xué)界高度重視。本文淺析高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，以供同行參考。關(guān)鍵詞:彈性設(shè)計(jì);塑性設(shè)計(jì);塑性鉸;節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中圖分類號(hào)：TU291文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A前言：鋼結(jié)構(gòu)的連接方法主要為焊縫連接、螺栓連接和高強(qiáng)度螺栓連接。根據(jù)受力變形特征,連接又可分為三類:剛性連接、鉸接連接、半剛性連接。鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)抗震驗(yàn)算主要包括強(qiáng)柱弱梁驗(yàn)算、節(jié)點(diǎn)域驗(yàn)算和構(gòu)件連接驗(yàn)算。次梁與主梁的連接一般設(shè)為鉸接,可不

2、考慮抗震驗(yàn)算,而在其余需要進(jìn)行抗震驗(yàn)算的連接節(jié)點(diǎn)中,梁與柱的連接最為關(guān)鍵。做好高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作，對(duì)建筑有著深遠(yuǎn)的意義。1、設(shè)計(jì)原則和方法7鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)應(yīng)遵循，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的基本設(shè)計(jì)原則,保證鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)在地震作用下少發(fā)生甚至不發(fā)生脆性破壞,且能充分發(fā)揮鋼材的塑性性能,使結(jié)構(gòu)整體具有較好的延性。具體設(shè)計(jì)中采用彈性設(shè)計(jì)和塑性設(shè)計(jì)的二次設(shè)計(jì)法,此法不僅可以保證連接質(zhì)量,還可以實(shí)現(xiàn)連接節(jié)點(diǎn)的規(guī)格化,方便施工、節(jié)約成本。1.1彈性設(shè)計(jì)法按構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)的承載力驗(yàn)算,這就是俗稱的等強(qiáng)設(shè)計(jì)。同時(shí)要保證連接螺栓不得滑移,即螺栓連接的鋼板承壓型破壞要不先于構(gòu)件的

3、彈性破壞,以此實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)抗震設(shè)防中，小震不壞的設(shè)防目標(biāo)，值得注意的是,在等強(qiáng)設(shè)計(jì)中,利用構(gòu)件承載力而非設(shè)計(jì)內(nèi)力進(jìn)行連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。因此,只要構(gòu)件截面特性和材質(zhì)確定,構(gòu)件的承載力即可確定。另外,無(wú)論是構(gòu)件的承載力計(jì)算還是連接節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算,均使用鋼材或連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。1.2塑性設(shè)計(jì)法7按連接節(jié)點(diǎn)的極限承載力進(jìn)行二次驗(yàn)算,即要求鋼結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的極限承載力應(yīng)大于相連構(gòu)件的屈服承載力。以此保證節(jié)點(diǎn)連接在大震時(shí)不先于構(gòu)件的塑性破壞而破壞,可以使構(gòu)件的屈服截面避開容易發(fā)生脆性破壞的節(jié)點(diǎn)區(qū)域而位于鋼板之中,充分利用鋼材的天然延性,提高結(jié)構(gòu)的整體延性,實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)抗震設(shè)防中，大震

4、不倒的設(shè)防目標(biāo)。必須要注意的是,塑性設(shè)計(jì)中,計(jì)算連接節(jié)點(diǎn)承載力時(shí)使用連接螺栓或焊縫的強(qiáng)度極限值,而計(jì)算構(gòu)件承載力時(shí)使用構(gòu)件的強(qiáng)度屈服值。這樣可以充分利用鋼材材料本構(gòu)關(guān)系中的屈服段,既讓鋼材的塑性性能得到充分發(fā)揮,又不至于出現(xiàn)構(gòu)件的極限破壞,為連接節(jié)點(diǎn)留有一定的安全度。2、鋼結(jié)構(gòu)連接方法的發(fā)展歷程鋼結(jié)構(gòu)工程連接工藝最早采用的是普通螺栓連接,隨后才釆用鉚釘連接、爆接連接和高強(qiáng)度螺栓連接。由于螺栓連接緊密性差,滑移大,維護(hù)費(fèi)用高,從上世紀(jì)20年代開始,螺栓連接在結(jié)構(gòu)中逐漸被鉚釘連接所取代。在以后近一百年期間,鉚釘連接成為鋼結(jié)構(gòu)中最主要的且?guī)缀跏俏ㄒ坏倪B接方法。1881年幵始在工業(yè)上應(yīng)

5、用弧揮。本世紀(jì)初出現(xiàn)了用電掉將板連接的方法。20年代,揮接開始用于建筑鋼結(jié)構(gòu)。高強(qiáng)螺栓的首次試驗(yàn)是1938年在美國(guó)進(jìn)行的。1951年美國(guó)制訂了第一本高強(qiáng)螺栓規(guī)范。在美國(guó)研究和普及的推動(dòng)下,德國(guó)和日本幾乎同時(shí)于50年代開始對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行研究,并分別于1956年和1964年制。目前,鋼結(jié)構(gòu)中用得最多的是輝接和高強(qiáng)度螺栓連接。3、梁柱節(jié)點(diǎn)抗震構(gòu)造3.1梁塑性較外移為了減少梁柱連接在強(qiáng)震下的破壞,國(guó)內(nèi)外普遍采用梁塑性鉸外移的方式,常用的塑性鉸外移方式有以下幾種：1)梁端加強(qiáng)型連接,如翼緣加寬式，蓋板式等,以此增大焊縫的抗彎能力。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和7施工人員傾向采用翼緣加寬或蓋板式連接,認(rèn)為加強(qiáng)

6、型連接對(duì)鋼材利用更有利;其缺點(diǎn)是為了滿足強(qiáng)柱弱梁的要求,必須增大框架柱的截面。3)懸臂梁段連接,即懸臂梁段與柱采用全焊連接,在梁塑性鉸區(qū)段外采用梁梁拼接的連接形式。其優(yōu)點(diǎn)是可以將復(fù)雜連接構(gòu)造放在工廠加工,節(jié)點(diǎn)質(zhì)量比現(xiàn)場(chǎng)施工精度高,可以較好地保證連接破壞不先于梁塑性破壞;其缺點(diǎn)是連接鋼材和螺栓用量較大、造價(jià)高。3.2其余抗震構(gòu)造梁與柱剛性連接時(shí),柱在梁翼緣上下各500~的節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi),柱翼緣與柱腹板間或箱形柱壁板間的連接焊縫應(yīng)采用全熔透坡口焊縫,以此保證罕遇地震下進(jìn)人塑性區(qū)的框架節(jié)點(diǎn)的整體性。4梁梁拼接與柱柱拼接4.1梁梁拼接7當(dāng)設(shè)置懸臂梁段時(shí),梁柱連接變?yōu)榱毫浩唇?。由于拼接處的?/p>

7、梁應(yīng)力比較小,為滿足拼接節(jié)點(diǎn)傳力的連續(xù)性以及統(tǒng)一節(jié)點(diǎn)形式,應(yīng)采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。為便于運(yùn)輸,其拼接點(diǎn)距離柱邊不應(yīng)太遠(yuǎn),宜取在1/10跨長(zhǎng)和2倍梁高塑性鉸區(qū)段外。理論上,當(dāng)梁梁拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)在梁塑性鉸區(qū)段外時(shí),2011版抗震規(guī)范公式關(guān)于梁梁拼接的塑性驗(yàn)算可不進(jìn)行,只需按彈性法進(jìn)行等強(qiáng)設(shè)計(jì)即可。當(dāng)梁梁拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)在梁塑性鉸區(qū)段內(nèi)時(shí),仍應(yīng)分二次設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì),具體思路同梁柱連接。4.2柱柱拼接經(jīng)驗(yàn)和研究證明,取1.3m和1/2柱凈高二者的較小值此位置在梁柱節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)域外,受力較小。同時(shí),上下柱的對(duì)