梁柱节点的设计

钢结构梁柱节点设计探讨

1.常用的刚性连接节点

常用的刚性连接的形式有全焊接节点、栓焊混合节点和全栓接节点。

1.

1、全焊接节点：梁的上下翼缘采用坡口对接焊缝，梁腹板用角焊缝与柱翼缘连接。

2、栓焊混合节点：梁的上下翼缘采用坡口对接焊缝，梁腹板与焊接在柱翼缘上的连接

板采用高强螺栓连接。

3、全栓接节点：梁的上下翼缘采用T形或角钢连接件与柱通过高强螺栓连接。

规范中关于这块的相关条文：

《钢结构设计标准》GB50017-2017中12.3.1条“梁柱连接节点可采用栓焊混合连接、螺栓连接、焊接连接、端板连接、顶底角钢连接等构造。”

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中8.1.1条“1、梁与H形柱(绕强轴)刚性连接以及梁与箱形柱或圆管柱刚性连接时，弯矩由梁翼缘和腹板受弯区的连接承受，剪力由腹板受剪区的连接承受。2、梁与柱的连接宜采用翼缘焊接和腹板高强度螺栓连接的形式，也可采用全焊接连接。一、二级时梁与柱宜采用加强型连接或骨式连接。3、梁腹板用高强度螺栓连接时，应先确定腹板受弯区的高度，并应对设置于连接板上的螺栓进行合理布置，再分别计算腹板连接的受弯承载力和受剪承载力。”

2.连接节点的计算原则：

规范中关于这块的相关条文：

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中8.2.1条“钢结构应按本节规定调整地震作用效应，其层间变形应符合本规范第5.5节的有关规定。构件截面和连接抗震验算时，非抗震的承载力设计值应除以本规范规定承载力抗震调整系数”、8.2.8条“1.钢结构抗侧力构件连接的承载力设计值，不应小于相连构件的承载

力。2.钢结构抗侧力构件连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。”

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015中8.1.1条“高层民用建筑钢结构的连接，非抗震设计的结构应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定执行。抗震设计时，构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面；连接设计应符合构造措施要求，按弹塑性设计，连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。”

按照现行的抗震规范和高层钢结构规范连接节点的抗震设计应分为两个阶段进行，各个阶段采用的计算公式分别如下：

当遭遇多遇地震（小震）作用或在弹性工作阶段，应该按抗规5.4.2式计算：

S R/RE γ≤

RE γ：承载力抗震调整系数，除另有规定外，对钢结构构件及连接验算强度时取0.75，

验算稳定时取0.80。

R 和S ：分别为结构构件承载力设计值和构件内力组合设计值。

当遭遇超过多余地震（小震）作用至基本烈度（中震）设防，或遭遇罕遇地震（大震）作用或进入弹塑性工作阶段，要按照规范进行连接的极限承载力验算。

j u p M M α≥

()j u p Gb V /V n M l α≥+∑

j u M ：梁与柱连接的极限受弯承重力。

p M ：梁的全塑性受弯承载力（加强型连接按未扩大的原截面计算）。

p M ∑：梁两端截面的塑性受弯承载力之和。

j u V ：梁与柱连接的极限受剪承载力。

Gb V ：梁在重力荷载代表值（9度尚应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分

析的梁端截面剪力设计值。

n l ：梁的净跨

α：连接系数。《抗规》和《高钢规》取值有差别

在规范具体执行时，首先按照抗规的5.4.2式以组合内力作为设计构件截面的依据，取高于构件最大承载力设计值的塑性承载力来进行设计和验算。节点的计算主要包含翼缘、腹板、节点域的设计及验算，整个节点周围再辅以必要的抗震措施来完成整个节点的设计。

3.节点计算

目前钢结构梁柱节点连接中采用的形式是以栓焊混合连接为主。关于梁柱节点的计算在《建筑抗震设计规范》GB50011-2010、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015、《钢结构设计标准》GB50017-2017都有涉及，按照计算的复杂程度，从易到难分别为《抗规》-《高钢规》-《钢结构设计标准》。《高钢规》中的条文要求比较详细，更具操作性，具体的举例计算以该规范为主,《钢结构设计标准》中关于节点的抗震性能化设计为辅。

前面已经讨论了关于节点设计的一般步骤及原则，在进行具体的设计验算前需要对“一个假定”和几个名词有一定的了解。

一个假定：翼缘承担弯矩，腹板承受弯矩及剪力。这和老的常用设计方法（翼缘承担弯矩，腹板承受剪力）是有差别的。

弹性截面模量：组合截面各部分对于弹性中和轴的面积矩之和

塑性截面模量：组合截面各部分对于塑性中和轴的面积矩之和

极限承载力：上下翼缘面积×极限承载力对塑性中和轴的力矩

塑性承载力：塑性截面模量×屈服强度

屈服承载力：弹性截面模量×屈服强度

随着组合截面塑性的发展，或者由弹性中和轴向塑性中和轴的移动，截面的承载力由“弹性承载力-屈服承载力-塑性承载力-极限承载力”慢慢的变化。

例题：柱截面箱形500mm×700mm×26mm×26mm，梁截面H650mm×250mm×12mm

×18mm ，钢号均为Q345。重力荷载代表值作用下简支梁梁端截面剪力设计值Gb V =64.62KN ，梁净跨7000mm 。采用10.9级扭剪型高强度螺栓。连接板尺寸为580mm ×195mm ×8mm 。梁与柱采用翼缘焊接、腹板高强度螺栓连接的方式。

1、计算腹板的极限受弯承载力

由《高钢规》8.2.4-3式、8.2.4-4式、8.2.4-6式得：

{}()()223

wpe wpe 26min min 1,4=min 1,1.02=165021811=226502182351288780844

1887808345306.3kN m

b fb r wb j uw yw m W h t S t mm M mW f ⎧⎧⎪⎪==⨯⎨⎨-⨯⎪⎪⎩⎩--=-⨯-⨯⨯===⨯⨯=

2、计算翼缘的极限受弯承载力（此处实际计算的是翼缘连接的极限受弯承载力） 由《高钢规》8.2.4-2式得：

()()()25018650184701336.68kN m j uf f b fb ub b fb b fb ub M A h t f b t h t f =-=-=⨯⨯-⨯=

3、验算梁的极限受弯承载力

由《高钢规》8.2.4-1式得：j u j j uw uf

M M M =+=306.3+1336.68=1642.98kN ·m ()()()()221122501865018650218123454439749883451371.4kN m

p p y b fb b fb b fb wb y M W f b t h t h t t f ⎛⎫⎛⎫==-+-=⨯⨯-+-⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

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