鋼框架結構的節點設計與應用

楊力

摘要：鋼框架主要是鋼梁與鋼柱相結合組成的，并能夠承受水平荷載以及垂直的的結構，同時，也是在多層鋼的結構建筑當中較為普遍的結構體系，而梁柱節點的連接則是確保鋼結構的重要安全部位。通過多次震害證明得出，鋼框架結構由于在地震當中極易受到一定的損壞，其受到損壞嚴重的位置就在于剛性梁柱節點，但是，出現鋼柱以及鋼梁構件損壞的情況卻有限。由與可見，在當前的鋼框架結構的設計當中仍存在一些問題，對此，就如何針對節點設計以及應用進行研究探討。

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00

當前，在我國社會隨著快速的發展，科技技術不斷的進步，對于框架結構已經不是單一只應用鋼筋混凝土了。而全鋼結構的特點就是結構面積較小并且自重較輕、延性大、工期短，所承載的能力較大等方面的特性，所以，已經廣泛的應用到實際工程當中。

1對于節點設計的具體原則

（1）在鋼框架抗震的設計當中必須要根據強柱弱梁、強節點弱構件以及強焊縫弱鋼材的三強設計的原則，而對于支撐桿和框架的構件，可以提高節點承載力，同時也可以避免破壞節點以及構件，從而保證了構件的整體性其所特有的必要條件。然而由于對框架與節點的要求又不能過強，在一定程度內是允許在發生地震時，在梁柱節點域的板件可以出現適當的屈服變形，從而也提高了框架的延性。在處理強柱弱梁型的框架時，由于它可以實現構件總體屈服，所以在出現地震時而構件坍塌，其主要的原因就是因為構件受到了地震的作用在其損傷后而降低了承載重荷的能力。在通常的情況下，由于框架梁只承受本樓層的荷載，但是框架柱是需要承擔更多樓層的荷載重力，所以，強柱是可以加強框架防坍塌的主要能力。在構件焊縫的延性方面，通常會低于連接件鋼材的延性，而作為強焊縫弱鋼材的關鍵因素就是，焊縫承載力必須要高于被連接件鋼材板件的承載力，從而促使構件屈服截面可以防止出現在焊縫卻位于鋼板當中，也提高了構件的延性。

（2）對于平面設計的主要原則就是，在設計全鋼框架結構時，主要是達到建筑平面的簡單規則、空間的合理劃分、外形簡潔等利于結構布置的特點。而對于結構布置必須要促使在結構每層抗側力要同在水平作用下的合力可以接近重合，從而降低結構受扭的作用。由于抗側力的構件應沿平面的縱橫進行布置，必須要均勻、分散以及對稱，在柱距之間不能過大，而應用柱網可以在6至9m左右。同時，對于結構的布置必須要避免出現豎向與平面不規則的現象，在計算結構時必須要應用相關實際的計算模型，也要考慮到扭轉的作用，但是，如果出現較為不規則的結構則可以進行補充計算。

2在鋼框架結構中的節點連接

根據梁柱連接轉動的構造以及與剛度之間可以把梁柱的連接節點主要分為以下幾類：

（1）剛性連接。一般在剛性連接當中主要包括了栓焊連接、全焊連接以及全栓連接。而對于這種構造如果是在梁柱連接中是具有一定的剛性，而在梁柱間沒有相對的轉動，所以可以承受彎矩。但是，在通常的情況下，如果框架是抵抗側力時，一般都是應用剛性連接，但是，剛性連接如果從理論上講，它所承受的剪力與彎矩的能力都不會小于梁的承載力，也就是不會低于腹板全塑性剪力以及塑性鉸彎矩。

（2）柔性連接。在設計和分析的過程中，如果該構造在承受重力的荷載時它不會傳遞彎矩，只會傳遞剪力，所以，應用這種方法其實就是為了達到簡支梁支撐條件，也就是在梁端并沒有發生線位移，卻可以轉動。

（3）半剛性連接。該連接是作為轉動剛度在剛接與柔性連接之間節點的連接形式。

由此可以看出，在這三種接連當中，如果應用柔性連接時，其構造較為簡單，然而在耗能與剛度方面性能會較差，而結構的抗震能力與抗風能力不夠完善。而應用剛性連接，其具有較好的受力性能，但構造較為復雜，不利于施工，所以難以確保其質量。但是，在應用半剛性連接當中，它所具有柔性連接與剛接的優點，同時也可以減少梁跨中彎矩，而加強了側向的剛度，并且具有良好的承載能力。此外，在施工過程當中，它的構造較為簡單，可以保證其施工質量。

3對于節點連接的主要形式

通常梁柱節點的連接形式主要表現在幾個方面，（1）在梁和柱所應用的是丁字形的連接形式 ，在柱上會焊有安裝的用支托，而柱的腹板可以應用橫向的加勁肋進行加強。其優點具有較大的剛度，而缺點就是具有較大的施工難度，并且不易確保質量。（2）在梁和柱之間以角鋼與蓋板的連接形式。在根據梁腹板和豎直角鋼的連接，從而傳遞剪力。在柱上會焊有用支托，可以避免仰焊，而在上部的水平板必須要小于梁翼緣，下其部要大于梁翼緣。（3）應用寬翼緣T形鋼的連接形式。其優點就是可以提高柱的抗扭剛度，而缺點就是耗鋼量較多。

4在樓板與節點的連接

一般在建筑的樓蓋主要是以砼和鋼所組成的，所以，作為樓板就必須要具有一定的剛性，從而分配和傳遞地震影響。而樓蓋梁主要是通過砼和鋼組成梁，所以樓板必須要應用在壓型鋼板上做現澆的鋼筋砼所組合的樓板，并且在鋼梁與樓板當中的連接是設計節點的關鍵條件，只有穩定的連接才可以確保樓蓋的整體性，也能有效的分配和傳遞地震影響。此外，在梁和板之間可以應用剪力連接件從而促使材料的有效連接，而連接件必須要根據它不同的變形能力，分為柔性連接以及剛性連接。一般方鋼和T型鋼均是剛性連接，而彎鋼筋和圓柱頭栓釘的連接均是柔性連接，通常連接件都是圓柱頭栓釘，而栓釘的直徑一般在16至25mm左右，對于設置抗剪連接件時必須要達到相關的規定要求。（1）在連接件沿梁的跨度方向其間距的厚度不能超過混凝土翼板的4倍，其主要目的就是為了避免鋼梁的接觸面與翼板之間出現較大的裂縫，并且影響其整體的耐久性。（2）在栓釘連接件的釘頭超出翼板底部的鋼筋頂面并且不能低于30mm，以確保連接件可以在鋼梁和混凝土翼板之間產生抗掀起的作用。（3）在連接件外側的邊緣和鋼梁翼緣之間則不能低于20mm。（4）對于在連接件頂面的混凝土其保護層的厚度不能低于15mm。（5）對于連接件外側的邊緣直到混凝土板邊緣期間的距離不能低于100mm。

5結論

總之，由于鋼框架結構已經廣泛的應用在實際的工程當中，作為結構工程師必須要根據建筑的特性、使用功能以及設計原則等方面，從而合理的應用結構體系，并且要根據鋼結構的重要特性，而選用適當的構件截面。此外，在節點域的范圍里，必須要應用合理的措施，既要節約又要安全。在應用其軟件時，要按照工程的主要特性，并合理規范地選擇計算參數，以保證其準確性。在設計當中，必須要按照設計的依據、技術數據、荷載、選擇材料的具體要求、結構的布置、設計要求、選擇構件截面以及節點構造等方面都要了解詳細，以便編制施工的詳圖，從而也更好的應用在施工過程當中。

參考文獻：

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