建筑钢结构节点分类及设计要点分析

建筑钢结构节点分类及设计要点分析

摘要：作为建筑工程施工中具有显著优势的钢结构，其设计与施工质量决定

着整个建筑钢结构工程的质量与安全。建筑钢结构施工中应将钢结构设计及节点

设计作为重点环节，在此之前需要明确钢结构的节点分类，进而在设计施工实践

中合理选择与应用。为此，文章首先阐述了建筑钢结构的节点分类，共可划分为

刚性连接节点、半钢性连接节点与柔性连接节点三种类型。而后从节点设计、钢

结构设计两个方面分别探讨了钢结构建筑结构的设计要点，以便实现钢结构的稳

固连接，保障钢结构建筑工程的科学设计与安全施工。

关键词：建筑钢结构；节点分类；结构设计

现代建筑设计与施工中，钢结构的应用有利于增强建筑施工便利性，可对建

筑行业设计施工水平提高产生有益驱动。钢结构建筑施工中，钢结构节点分类及

设计至关重要，建筑结构设计人员、施工单位需要对钢结构节点分类有充分了解，需结合建筑要求及设计标准选择适合的钢结构形式及节点方式，确保钢结构应用

优势的有效发挥。因建筑钢结构有具备多种不同的节点类型，建筑施工中需要合

理选用，且需加强设计要点把控，从而保证建筑钢结构的设计质量。

1.建筑钢结构节点的主要类别

1.1刚性连接节点

刚性连接节点主要应用于悬臂梁及转动刚度要求相对较高的钢结构连接工程

中[1]。设计刚性连接节点时，需由翼缘承担弯矩，利用腹板承担剪力，以梁翼缘、腹板各自截面的惯性矩为依据计算与确定弯矩，进而确保剪力可分摊于腹板之上。通常利用双角钢、端板作为腹板的连接材料，应用连接板连接不同方向梁的上下

翼缘后再通过螺栓加固。若上翼缘处铺盖钢格栅，需用具有垫板的现场坡口焊连

接上翼缘。低荷载梁柱刚性连接时，需以端板作为连接材料，如轻型门式钢架的

连接节点便可应用端板连接方式。连接时需将梁的上下翼缘、腹板分别焊接于端

板之上，再用螺栓进行连接加固。要求应用刚度较高的端板，以增强对梁塑性铰

位置处弯矩的抵抗力。刚性连接时，应以外部荷载的高低为依据，结合梁翼缘板

的厚度大小，选择适合的焊缝，可选用角焊缝或是采用全熔透坡口焊设置焊缝。

1.2半刚性连接节点

半刚性节点是一种介于刚性节点与柔性节点之间的连接节点，如以端板为低

荷载梁柱刚性连接的材料时，如果所应用端板的厚度不足，便属于半刚性连接。

半刚性连接节点的优势在于钢结构形态的塑造更加便利，具有较大的弯矩承受能力。半刚性连接节点的主要特征是必须要具备足够的抗弯能力，应用此种节点可

使钢结构建筑的抗震能力大幅度提升，应用时需要确保半刚性连接节点的弯矩能

力要比钢结构梁的承载能力更高。然而由于当前建筑钢结构设计过程中，半刚性

连接结点的设计难度较大，若是设计缺乏合理性，可能会增大钢结构的弹性刚度，如此会使各个构件之间连接的安全性受到不利影响，可能会为建筑工程施工带来

安全隐患，或是对未来建筑投入应用产生威胁。为此，建筑钢结构工程施工中，

半刚性连接节点的应用并不广泛。

1.3柔性连接节点

1.3.1螺栓球节点

此种连接节点由高强度螺丝、垫圈以及厚壳体等结构组成，连接时，需要在

球壁壳内部向钢管杆件方向扭动螺丝，可减少销钉、套筒等材料的应用，同时也

可消除销钉截面积过小导致的剪力聚集问题。此外，螺栓球节点的应用，可使节

点的承重能力有所提升。

1.3.2熔接钢管节点

此种连接方式是指利用空心圆柱体作为连接件，将钢管杆件以熔接方式连接

于圆柱体表面之上。应以钢桶大小、节点承重能力高低为依据确定钢筒的高度及

直径。熔接钢管节点的优势是安装操作相对简单，能够节约钢材料用量，且可结

合施工需求调整钢管使用量。施工实践中熔接工作量较大，因而应重点关注熔接

变形问题，并防止产生节点偏移现象。

1.3.3主次梁铰接节点

钢结构主梁与次梁的节点设计要保证连接传力明确且合理，制作简单，方便

施工。一般主次梁的连接采用铰接，也可以把次梁设计为刚接节点（即为次梁为

连续梁）。当次梁设计为简支梁时与主梁铰接连接时，主梁只承受来自次梁的剪

力而不承受弯矩。次梁翼缘不与主梁连接，仅通过连接件将次梁腹板与主梁加劲

肋连接，连接方式可采用焊缝或高强螺栓。需要特别注意的是当通过焊缝连接时，笔者建议在连接件上设置安装螺栓，方便次梁就位，保证安装质量。

2.建筑钢结构设计的基本要点

2.1节点设计要点

2.1.1合理设计梁柱连接节点

钢结构框架之中，框架柱属于贯通型设计，为达到抗震要求，需要采用刚性

连接方式连接钢结构框架与支撑梁柱。通常采用梁柱直连方式，也可对梁与悬臂

做拼连处理，采用梁与悬臂拼连方式时要做到构件的精细制作。翼缘产生的受弯

承受力应高于梁塑性受弯力的120%，而腹板产生的受剪承受力应不低于梁端剪切

力的130%[2]。同时，梁柱连接节点要做好抗震设计，需应用全熔透焊缝技术对柱

及梁翼缘连接点的加劲肋进行合理设置，并且还需在腹板角处设置呈扇形切角。

如果梁全截面塑性模量为翼缘的七成以上，腹板及柱连接应设置为两排以上。

2.1.2科学设计次梁与主梁连接节点

主梁与次梁连接时，可设计成构造简单、安装便捷的柔性连接节点。次梁的

连续梁连接时则可应用刚性连接节点，如此能够节约钢材料用量，并实现次梁挠

度的有效降低。应用柔性连接方式连接主次梁节点时，需以次梁剪力设计为依据，并将连接偏心导致的附加弯矩纳入考量，但可忽略主梁的受扭情况。抗震设计时，应将侧向支撑构件设置于节点塑生区段内的钢结构框架横梁下翼缘处，以此避免

框架横梁发生侧向屈曲现象。因梁的上翼缘与楼板相连，为实现对两根横梁的有

效支撑，应将侧向隔撑设置于两个相互垂直的主梁下翼缘处。

2.1.3加强柱脚设计

2.1.

3.1埋入式柱脚的设计