浅析钢结构抗震耗能节点设计原理

浅析钢结构抗震耗能节点设计原理

摘要：钢结构建筑现已广泛应用，钢结构作为具有良好的抗震性能的结构形式

也得到了业界的普遍认可。钢结构的节点连接性能的好坏对钢结构整体的性能起

关键性作用。本文通过对钢结构节点的构造特点以及破坏机理的分析，概括了节

点在抗震方面的处理措施，以便使得钢结构工程更具有安全性、稳定性、经济性、实用性，并对节点抗震原理的分析为新型抗震节点的出现提供基础。

关键词：钢结构；耗能节点；设计原则

我国地大物博，铁矿资源丰富，我国从建国以来，钢铁冶炼行业迅速发展，钢铁

产量、钢铁质量、钢铁种类不断地增加。钢铁行业的发展为钢结构建筑的建设提

供了原料基础。钢材的连接技术不断地更新，使得钢材连接在现实中的效率更高。相比混凝土结构，钢结构对环境污染小，废弃料还可另做处理。其次，钢结构有

着强度较高，自身重量小，塑性韧性良好，施工操作简易，结构形式灵活多样，

支持标准化生产等优点。再次，对于钢结构建筑相比其他建筑结构的抗震性能都

要高。因此钢结构建筑得到了业界的普遍认可。钢结构体系中的节点性能对结构

体系中的各项性能指标起关键性作用。我国处在欧亚地震带与环太平洋地震带之间，新中国成立以来也发生过强烈地震，对人民的财产和生活都带来了巨大损失。如今建筑结构设计对抗震的重视度越来越高。而在钢结构抗震设计中，节点的设

计验算起关键作用，抗震节点设计的是否合理，直接关系到整体结构的安全合理性。

1.节点抗震设计思路

钢结构节点处受力相对比较复杂，同时节点的连接方式的不同对节点承载力

的影响也不同。当今抗震的设计是土木工程设计中的重要内容。地震作用对于钢

结构会产生节点破坏。因此，钢结构节点的抗震设计目的就是要减小地震作用对

结构的影响程度，争取实现小震不坏，中震可修，大震不倒。钢结构节点应该具

有较强的耗能能力。抗震节点的设计应好好利用滞回能力。钢结构节点设计准则

要遵循“强化节点，弱化构件”的这一思路。同时加强结构的抗震效果还需调整钢

材端部的截面，特别是钢结构建筑中的梁端截面。通常措施如下：(1)加强梁端部

的截面；(2)局部削弱梁截面；(3)梁端腹板部分开槽；(4) 应用狗骨式与梁端加强

式相结合的做法。以上的措施目的实际是为避免在强烈地震作用下，可能导致焊

缝连接处破坏，回避应力集中，让结构可以发生延性破坏。节点局部的加强不应

比梁的强度还要高。当然无论节点还是梁、柱，所有的设计都应先满足构造规范

要求。

2.当前的设计做法

2.1梁端加强型

梁端加强型节点法是通过扩大梁端的有效面积和梁端截面的焊缝面积。其工

作原理实质为：由于梁端面积比梁端附近面积大，梁端的承载能力比梁端附近承

载能力大。在荷载作用时，梁端附近先行进入屈服阶段，使其比梁端先达到塑性

阶段。梁端附近会比梁端先破坏，从达到保护梁端节点的效果，避免发生节点破坏。通常的施工方法为加盖板。

2.2狗骨型抗震节点

狗骨型节点法是在业界比较普遍认可的节点方式。狗骨型节点法的抗震机理

与梁端加强型节点法类似，都是使梁端截面与梁端附近截面大小产生差距。狗骨

型节点法相比梁端加强型的不同之处为削弱梁截面。使梁截面的削弱处的承载能

力低于梁端节点。当荷载作用时，截面破坏会先在截面薄弱处先发生破坏。其原

理是由于削掉部分梁截面，荷载作用会先破坏削弱处，以致让梁端节点后发生破坏，从而达到节点保护的效果。狗骨式节点分为三种分别是：圆弧型、直线型和

锥型。在施工时，狗骨型节点法使用时要控制好削弱量。削弱处的刚度还要满足

构件的刚度要求和承载力要求。焊缝的类型、尺寸大小、布置方式和对于梁翼缘

削弱位置的选择以及削弱程度的大小都会影响狗骨式抗震节点的连接性能。

3.节点设计注意问题

目前轻钢结构较火热，但轻钢结构的整体稳定性和可靠性主要靠节点控制。

节点的控制至关重要。节点的科学设计甚至可以使得整体的成本降低，方便操作，加快工程进度。首先钢结构节点的设计应符合规范要求。建筑规范是建筑设计行

业的“法律”，一切设计不可逾越规范要求。其次节点的设计要考虑实际可操作性，应本着“操作简便，要求满足”的目标去设计。耗能节点作为抗震构件，要根据实

际情况采用合适的节点形式，使建筑结构的抗震性能充分发挥。再次，在实际运

用当中要考虑经济效益，要满足工程的预算要求，实现节点设计方案具有应用性。

4.结语

钢结构耗能节点的抗震设计在当今具有十分重要的意义。目前节点的设计也

在不断地深化，理论和实际运用都在变得越来越好。节点的耗能原理对整体结构

的保护作用也有着非凡意义。一些的特殊节点的研究目前还具有相当大的可研究性，望其他研究者可以针对这些问题，研究出解决方法，推动生产力，推动发展。

参考文献：

[1]聂正春.钢结构节点抗震措施简述[J].基层建设.2010,30(4):183-185.

[2]王军.钢结构体系中节点耗能能力研究进展与关键技术[J].建筑模拟.2016 (1):116-118.

[3]孙国华等.狗骨式钢框架子结构节点的累积变形及耗能能力[J].沈阳建筑大学学报.2017,33（2）:203-213.

【作者简介】安阳(1996.06-)，男，汉族，山西晋中市人，湖北文理学院本科

在读。