钢结构H型钢梁柱连接节点分析及施工质量控制

钢结构H型钢梁柱连接节点分析及施工质量控制

【摘要】分析了钢结构H型钢梁柱刚性连接节点分析的受力特性,针对钢结构施工中材料检验、焊接和高强螺栓连接等重要工序的施工质量提出了控制措施和检验标准。

【关键词】：钢结构连接节点高强螺栓焊接施工质量

一、引言

钢结构具有强度高、韧性好、抗震性能优良的优点，在工业和民用建筑上广泛应用。近来年，随着钢结构工程量的增加，施工中存在有许多不规范操作，如：各构件连接结构不按图施工；焊接工艺执行不规范，角焊缝长度及腰高不符合设计和规范要求，对接焊缝无损检测比例低；以及高强螺栓摩擦面处理达不到设计要求的抗滑移系数，螺栓紧固扭矩不符合设计和规范要求等等。这些施工质量缺陷会形成钢结构连接节点的薄弱环节影响其安全和使用寿命。

二、H型钢梁柱连接节点

钢结构梁柱节点连接形式设计原则是传力可靠、结构受力简单明确，满足强度和抗震性能要求，并兼顾施工方便。从受力特性而言，节点连接分为柔性连接（铰接）、半刚性连接、刚性连接等三种形式，其中，刚性连接具有具有较高的强度和刚度，在工业装置承重框架及民用建筑高层框架中最为常见，刚性连接根据受力特性又分为全焊接连接和栓焊连接、高强螺栓连接三种形式，如图1当柱为H型钢或工字钢时，梁与柱的刚性连接又分为柱墙轴方向连接和柱弱轴方向连接，强轴和弱轴连接都需在梁翼缘的对应位置设置水平加强肋。

全焊接连接（图1-a）：梁翼缘与柱采用坡口全焊透焊接，梁腹板与柱采用双面角焊缝。为保证焊透，施焊时梁翼缘下面需设置小衬板，衬板反面与柱翼缘相接处宜用角焊缝补焊。为施焊方便梁腹板还要切去两角。节点结构强度和刚度最高，无滑移，传力最充分，避免了螺栓钻孔对梁截面的削弱，在同等强度下最经济。但焊接结构存在较大的焊接残余应力和变形，长期抗疲劳性较差。

焊接连接图（1-b）：梁翼缘与柱采用坡口全焊透焊接，梁腹板与柱上焊接的连接板采用高强螺栓连接，梁翼缘的连接传递全部弯矩，腹板的连接只传递剪力。施工时一般采用先栓后焊，并在设计时考虑焊接热影响导致的高强螺栓顶拉力的损失。节点结构能同时承受拉力和剪力，在设计和施工上具有焊接和高强螺栓的优点，因此，在民用高层建筑框架上应用最多。

高强螺栓连接（图1-c）：梁翼缘和梁腹板与柱通过专用的T形件全部采用高强螺栓连接。两块形件传递两端弯矩，腹板上的角钢传递剪力。节点结构弹性最好，在承受动力荷载的工作状况下，抗疲劳性能好，施工方便，但投资费用较高。

三、施工质量控制

目前，钢结构施工大部分采用现场预制安装的传统施工工艺，还没有普及成榀机械化工厂预制、现场组装的施工技术。现场施工工艺流程包括检验、下料切割、预制、矫正、组装等一系列工序，施工质量影响因素多、工人技术水平高低不平衡，施工质量尤其是材料检验。焊接和高强螺栓连接等重要工序施工质量控制难度大，而其施工质量的好坏直接影响着钢结构框架的安全使用，因此，应采用相应措施加强施工质量管理。

1．材料检验和复验

材料的质量是钢结构实体质量的首要保障，材料的检验和复验工作应始终贯穿于整个施工过程中。坚持不合格的材料不得使用在工程上，钢结构框架中用到的钢板、型钢、高强螺栓，以及焊接用焊条等所有原材料的规格、性能必须符合现行国家产品标准和设计要求，质量证明文件齐全。其中，高强螺栓连接副还必须有出厂扭矩系数或预拉力、摩擦面抗滑移系数的检验报告，这三项指标在施工前，应按GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》的要求分批取样（8套/批）送到有相应资质的检测机构复验，复验值符合设计要求方可使用。

2．焊接质量

钢结构焊接工作量约占钢结构安装工作量的60%以上，且点多面广，现场焊接多是采用手工电弧焊，受人为因素和环境因素的影响，焊接质量离散性很大。而焊接质量缺陷及焊接残余应力正是形成和发展疲劳裂纹最敏感的区域，对钢结构的强度和抗震性能都产生不利影响。因此，必须加强焊接质量的管理，尤其是主梁拼接、立柱拼接，以及梁柱节点等重要部位的焊接质量的管理，重点在以下方面加强控制。

（1）首先要正确选择焊条，选择焊条的原则是焊缝金属应与母材等强度匹配，异种钢焊接时考虑到焊缝的良好延性，应按强度较低的母材来选用焊条。工业和民用建筑钢结构常用型钢的材质是碳素结构钢Q235B和低合金结构钢Q345，相应的焊条应选用J427（或J422）和J507，其中，J427是碱性焊条，抗裂性能好，对重要部位的焊接应优先采用；

（2）制定合理的焊接工艺，一是必须满足设计焊缝强度要求，二是打取措施减少焊接残余应力和变形。比如：主梁拼接、立柱拼接，以及梁柱焊接节点等设计要求保证强度的熔透对接焊接时两端应增加焊接引弧板，消除焊接起弧和收弧时易产生的未熔合缺陷，焊后切掉引弧板并用砂轮磨平；主梁接接、主柱拼接时为减少焊接拘束力，应制定合理的焊接顺序，推荐先焊腹板，再焊上翼缘，最

后焊接下翼缘；双面角焊缝焊接时为减少焊接变形应采用对称施焊等；

（3）重视焊接质量检验，焊接质量检验是检查和返修焊接质量缺陷的最后一道关，检验工作要做到严又细。根据GB50017-2003《钢结构设计规范》钢结构焊缝缺陷质量等级分为一、二、三级，其中，一级焊缝要求100%UT检测Ⅱ级合格，二级焊缝要求大于20%UT检测Ⅱ级合格；焊缝表面质量检验以目测为主，表面不得有气孔、夹渣、电弧擦伤、弧坑、裂纹等质量缺陷。目前，钢结构焊缝无损检测以超声波检测为主，但超声波检测对体积性缺陷（气孔）不敏感，当难以判断缺陷时必须附加RT射线检测。

3．高强螺栓施工质量

高强螺栓连接在钢结构中应用日益普遍，高强螺栓连接施工工艺复杂、技术要求高，在实际施工中高强度螺栓的装配和坚固很不规范，甚至是按普通螺栓的施工方法来施工高强螺栓，给钢结构高强螺栓连接处的留下安全隐患。因此，要重视高强螺栓的施工质量，严格按国家标准和设计要求施工。

（1）高强螺栓孔必须采用机械钻孔，严禁气割，一旦出现孔径不合适应采用铰刀修孔；

（2）高强螺栓连接构件摩擦面处理直接影响连接处的传力可靠性，现场常采用手工电动除锈和喷砂除锈处理，处理后的摩擦面取样做抗滑移系数复验，复验值需符合设计要求。施工时尚需保持摩擦面干燥，不得再污染，不得在雨天施工。

（3）高强螺栓连接副的装配有严格的要求，不能随意装配，要求螺母带圆台面的一侧应朝向垫圈有倒角的一侧，在六角头螺栓头下的垫圈有倒角的一侧应朝向螺栓头。

（4）高强螺栓的施拧应按顺序进行，一般应由中间向外施拧，施拧必须采用专用校验合格的坚固力矩扳手。高强螺栓应分二次拧紧，初拧结束后应进行一次复拧，初拧和复拧的扭矩值各为设计终扭矩值的50%，且初拧和复拧需在同一天内完成。扭矩值检查应在拧紧1小时后48小时内进行，复查总数量的10%，扭矩值允许偏差±10%。

4．钢结构各构件组装质量要求

钢结构框架中各构件的准确定位组装是整体框架安全可靠的保证，尤其是主梁、主柱拼接轴线偏移、梁柱节点加强肋位置偏差，以及梁柱直线度和垂直度偏差等对钢结构框架受力和传力影响最大，要严格按设计图纸准确定位组装各构件，允许偏差符合国家标准和设计图纸要求。

四、结束语