門式剛架端板連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

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1、門式剛架端板連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)萬葉青（機(jī)械部第四設(shè)計(jì)研究院）[提要]本文介紹了輕鋼門式剛架端板連接節(jié)點(diǎn)的計(jì)算方法，提供了端板連接節(jié)點(diǎn)梁高與彎矩的關(guān)系圖表，用它可以快速確定連接截面的高度，同時(shí)還指出了端板設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的一些問題。[關(guān)鍵詞]輕鋼結(jié)構(gòu)，門式剛架，端板連接，高強(qiáng)螺栓。1．引言輕鋼結(jié)構(gòu)是近十年來發(fā)展最快的領(lǐng)域，它具有大跨度、大空間，分隔使用靈活，而且施工速度快、抗震有利的特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)廠房建筑中。門式剛架常用的跨度為15~36m。為了便于施工，一般采用分段加工和運(yùn)輸，到現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行拼接安裝，這就涉及到門式剛架的連接節(jié)點(diǎn)。《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（

2、CECS102:2002）給出了三種形式的端板連接：端板豎放，端板斜放和端板橫放。實(shí)踐證明：端板連接是輕鋼門式剛架中最為經(jīng)濟(jì)的連接形式，比通常的腹板—翼緣拼接節(jié)省材料和緊固件，現(xiàn)場(chǎng)拼裝連接方便。2．端板連接設(shè)計(jì)門式剛架端板連接節(jié)點(diǎn)主要承受的是彎矩和剪力。在我國，對(duì)這類端板連接設(shè)計(jì)采用的是傳統(tǒng)的方法：認(rèn)為螺栓受力為三角形分布，利用平衡原理分析螺栓的受力，然后進(jìn)行其它部分的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。該方法的關(guān)鍵是對(duì)旋轉(zhuǎn)中心，即中性軸的取法，對(duì)此尚存在一些爭(zhēng)議。我國的教科書，設(shè)計(jì)手冊(cè)及有關(guān)規(guī)范中采用的是簡(jiǎn)化方法。對(duì)普通螺栓來說，可假定螺栓群的中性軸在最下面一行的軸線上。受力如圖一所示線性變化，

3、最大螺栓拉力產(chǎn)生在頂部螺栓處。在彎矩M作用下螺栓最大拉力為：2Nt1=M*y1/(m*∑yi)(1)式中M----端板處彎矩設(shè)計(jì)值m----螺栓列數(shù)yi----各螺栓至中性軸的距離1在剪力V作用下，一個(gè)螺栓所受的剪力為：Nv=V/n(2)同時(shí)承受剪力和軸向拉力的普通螺栓應(yīng)滿足下列公式的要求，即b2b2[(Nv/Nv)+(Nt/Nt)]≤1(3)為了保證擠壓承載力的要求尚需滿足bNv≤Nc(4)上述各式中：Nv、Nt----一個(gè)螺栓的剪力和拉力（取受拉力最大螺栓計(jì)算時(shí)為Nt1）;bbNv、Nt----一個(gè)螺栓受剪和受拉的承載力設(shè)計(jì)值。bNc----一個(gè)螺栓受擠壓的承載力設(shè)計(jì)

4、值。對(duì)高強(qiáng)螺栓來說，因有預(yù)拉力的作用，被連接構(gòu)件保持緊密結(jié)合，可假定螺栓群中性軸在形心線上，受力分布如圖二所示，最上部的螺栓受力最大，其設(shè)計(jì)條件為2Nt1=M*y1/(m*∑yi)≤0.8*P(5)考慮到剪力的作用，對(duì)于摩擦型高強(qiáng)螺栓，在受拉區(qū)，由于螺栓預(yù)應(yīng)力引起的擠壓力降低。于是螺栓剪切承載力設(shè)計(jì)值減小，端板間的抗滑移能力也降低。一個(gè)螺栓的剪切承載力設(shè)計(jì)值為bNvi=0.9*nf*μ*(P-1.25Nti)(6)式中：Nti----第i排一個(gè)螺栓承受的拉力,Nti≤0.8P。在受壓區(qū)，螺栓預(yù)應(yīng)力不變。一個(gè)螺栓的剪切承載力設(shè)計(jì)值為bNvi=0.9*nf*μ*P(7)為了保

5、證端板處不發(fā)生滑移，端板處剪力V應(yīng)滿足bV≤∑Nvi(8)對(duì)于承壓型高強(qiáng)螺栓，除滿足公式（5）外,尚應(yīng)滿足b2b剪力設(shè)計(jì)值NV≤Nv=nv*πd/4*fv(9)bb承壓力設(shè)計(jì)值Nc≤Nc=d*Σt*fc(10)式中：nv-----為受剪面數(shù)；d-----螺栓公稱直徑；在式(9)中，當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，應(yīng)用螺紋有效直徑de代替d，但應(yīng)盡量避免螺紋深入到剪切面；Σt----在同一受力方向的承壓構(gòu)件的的較小總厚度；bbfv，fc----螺栓的抗剪和母材承壓設(shè)計(jì)值。2輕鋼規(guī)程中規(guī)定：主剛架構(gòu)件的連接應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中規(guī)定：大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)當(dāng)桿件內(nèi)力較大或動(dòng)力荷載較大時(shí)宜

6、采用高強(qiáng)螺栓的摩擦型連接。3.彎矩與截面高度的關(guān)系輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)屋面荷載輕，鋼梁跨度大，鋼梁的截面高度比較小，一般可取鋼梁跨度的1/20～1/50。分析表明：鋼梁截面高度主要由彎矩和撓度控制。而端板連接部位的承載力相對(duì)于H型鋼梁截面要薄弱許多。如何快速確定端板高度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員關(guān)注的問題。輕鋼規(guī)程中把端板分為外伸式和平齊式兩種。并優(yōu)先推薦采用外伸式端板連接節(jié)點(diǎn)。外伸式端板承載能力是平齊式端板的1.2～2.0倍。但在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，有些部位不能采用外伸式端板，如內(nèi)天溝下部。表一，表二，圖三，圖四給出了端板處梁高與彎矩的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)這些圖表快速確定端板處鋼梁的截面高度

7、。圖表中數(shù)據(jù)是按10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓計(jì)算。表一.梁高與彎矩的關(guān)系(端板平齊)彎矩：kN-m梁高h(yuǎn)(mm)M16M20M22M24M27M3040053821011191541885008112615418223528860011918422626834542270016225130836547057580021232940347761575390027041951360878395910003325156317479631179110040262376490511661427120047773990610731383169313