钢结构节点设计中应注意的主要问题探讨

钢结构节点设计中应注意的主要问题探讨
发表时间：2013-01-09T15:24:15.373Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年11月Under供稿作者：李松锦陈圣华
[导读] 本文对节点设计中需要注意的主要问题进行了探讨，以期为业内人员提供一定的借鉴。

李松锦陈圣华
（江苏梅苑装饰有限公司盐城 224002）
【摘要】：本文分析了钢结构节点连接的主要形式及其特点，阐述了节点设计的基本原则，并对梁与柱的连接、柱与柱的连接中的节点设计进行了深入探讨，详细说明了设计过程中应注意的主要问题。

【关键词】：钢结构，节点设计，梁与柱的连接，柱与柱的连接
1引言
由于钢结构具有强度高、重量小、抗震性能好、施工速度快等优点，同时在设计上灵活方便，容易实现通风、采光的要求，近年来在民用及商用的中低层、高层及超高层建筑中得到了越来越广泛的应用。

而实际表明，钢结构的破坏往往是焊接钢框架连接节点的广泛破坏所引起的，以往的室内试验及现场检验发现，节点破坏与加劲板、补强板附加焊缝等的变动没有直接关系，其破坏的直接原因是节点本身存在根本性缺陷。

因此在设计过程中，除了要满足结构整体计算要求、保证结构整体受力合理外，更不能忽视数量巨大的细小节点的设计。

2节点连接的主要形式及其特点
建筑钢结构的节点连接可采用焊接、高强度螺栓连接，也可采用焊接与高强度螺栓的混合连接。

1）焊接连接
焊接连接的传力最充分，有足够的延性，但焊接连接存在较大的残余应力，对节点的抗震设计不利。

焊接连接可采用全熔透或部分熔透焊缝。

但对要求与母材等强的连接和框架节点塑性区段的焊接连接，必须采用全熔透的焊接连接。

2）高强度螺栓连接
高层钢结构承重构件的高强度螺栓连接应采用摩擦型。

高强度螺栓连接施工方便，但连接尺寸过大，因而造价较高，且在大震下容易产生滑移。

对于抗震设计的结构，摩擦型高强度螺栓连接在罕遇地震作用下，考虑高强度螺栓连接间的摩擦力已被克服，此时连接的抗剪承载力取决于螺栓的抗剪能力，故高强度螺栓的最大抗剪承载力需按下式计算：
式中： ——一个高强度螺栓的最大抗剪承载力；
n ——连接的剪切面数目；
——螺栓螺纹处的净截面面积；
——螺栓钢材的极限抗拉强度最小值。

3）栓—焊混合连接
栓—焊混合连接在高层钢结构中应用最普遍，一般受力较大的翼缘部分采用焊接，腹板采用高强度螺栓。

这种连接可以兼顾两者的优点，在施工上也具有优越性。

由于施工时一般先用螺栓定位然后对翼缘施焊，翼缘焊接时会对螺栓预拉力有一定降低，因而腹板连接的高强度螺栓数目应留有富裕。

3节点设计中应注意的主要问题
3.1节点设计的基本原则
钢结构的节点设计是结构设计的重要环节，一般应遵循以下原则：
1）节点传力应力求简洁明了，受力的计算分析模型应与节点的实际受力情况一致，节点构造应尽量与设计计算的假定相符合；
2）保证节点连接有足够的强度和刚度，避免由于节点强度或刚度不足而导致整体结构破坏；
3）节点连接应具有良好的延性，避免采用约束程度大和易产生层状撕裂的连接形式，以利于抗震；
4）尽量简化节点构造，以便于加工、安装时的就位和调整，并减少用钢量；
5）尽可能减少工地拼装的工作量，以保证节点质量并提高工作效率。

3.2梁与柱的连接
建筑钢结构中梁与柱的连接一般采用刚性连接，其构造形式有柱贯通式和梁贯通式两种，通常采用柱贯通式。

梁与柱的刚性连接不仅要求连接节点能可靠地传递剪力，而且能够有效地传递弯矩。

为使翼缘连接焊缝能在平焊位置施焊，要在柱侧焊上衬板，同时在梁腹板端部预先留出槽口，上槽口是为了让出衬板的位置，下槽口是为了满足施焊的要求。

框架梁与柱刚性连接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋。

对抗震设防的结构，水平加劲肋应与梁翼缘等厚。

对非抗震设防的结构，水平加劲肋应能传递梁翼缘的集中力，其厚度不得小于梁翼缘厚度的1/2，并应符合板件宽厚比限值。

水平加劲肋的中心线应与梁翼缘的中心线对齐。

当柱两侧的梁高不等时，对应两个方向的梁翼缘处均设置柱的水平加劲肋。

加劲肋间距不应小于150mm，且不应小于水平加劲肋的宽度。

当不能满足此要求时，应调整梁的端部宽度，将截面高度较小的梁腹板高度局部加大。

当与柱相连的梁在柱的两个相互垂直的方向高度不等时，同样也应分别设置柱的水平加劲肋。

梁与柱的连接除了验算节点处在弯矩的剪力作用下的承载力外，尚需进行节点域的抗剪强度计算。

在周边弯矩和剪力的作用下，H型截面柱节点的剪应力为：
抗剪强度可按下式计算：
抗震设计的结构节点域的承载力尚应符合下式要求：于梁柱接头时，变截面两端距梁翼缘不宜小于。