鋼框架結構節點設計之我見x

【摘 要】鋼框架梁柱連接節點起到傳遞彎距和剪力的作用， 其連接節點設計是鋼結構設計的重要內容之一，它直接影響結構在荷載作用下的整體性能以及單個構件的受力分析。本文針對鋼框架梁柱連接節點的形式及其設計進行了探討。希望能為以后的類似設計提供一定的指導作用。

【關鍵詞】鋼框架；連接節點；設計

鋼框架梁柱是鋼結構建筑中常用的結構體系，其中梁柱節點連接是保證鋼結構安全的重要部位，節點設計是否恰當，不僅影響到結構承載力的可靠性和安全性，還會對結構構件的加工制作與工地安裝的質量造成影響，并直接影響結構造價，因此節點設計是整個結構設計的關鍵環節。鋼框架梁柱連接節點通常采用剛性連接方式，而剛性連接方式按其構造形式主要有全焊接連接節點、栓焊混合連接節點和全螺栓連接節點三種類型，三種連接方式。

一、節點的簡化

框架節點一般總是三向受力的，但當按平面框架進行結構分析時，則節點也相應地簡化。框架節點可簡化為剛接節點，鉸接節點和半鉸接節點，這要根據施工方案和構造措施確定。在現澆鋼筋混凝土結構中，梁和柱內的縱向受力鋼筋都將穿過節點或錨入節點區，這時簡化為剛接節點[1]。裝配式框架結構則是在梁和柱子的某些部位預埋鋼板，安裝就位再焊接起來，由于鋼板在其自身平面外的剛度很小，同時焊接質量隨機性很大，難以保證結構受力后梁柱間沒有相對轉動，因此常把這類節點簡化成鉸接節點或半鉸節點。

二、梁柱連接節點的形式及設計

1、全焊接連接節點的形式及設計

（1）全焊接連接節點的形式全焊接連接節點是工程中較為常見的梁柱連接節點形式， 即梁的上、下翼緣采用全熔透坡口對接焊縫， 腹板用角焊縫與柱連接， 且工字型柱在梁翼緣對應處應加水平加勁肋， 箱形柱內應設加勁肋隔板， 加勁肋應按與梁翼緣等強設計， 其連接焊縫亦應滿足等強傳力的要求。梁柱剛性連接中， 梁端內力向柱傳遞時， 梁端彎矩主要由梁翼緣承擔， 梁端剪力則主要由梁腹板承擔。 （2）全焊接連接節點的設計為避免增加結構剛度和接頭部位應力集中， 根據“強節點、弱構件”的原則， 適當加強節點， 以不發生失穩為條件， 設計時可適當削弱梁， 使梁上出現 “塑性鉸”。另外， 要盡量減小結構焊接接頭部位的應力集中， 如腹板上有工藝孔應平滑過渡[2]。

2、栓焊混合連接節點的形式及設計

（1）栓焊混合連接節點的形式

栓焊混合連接節點是目前多、高層鋼框架結構工程中最為常見的梁柱連接節點形式， 即梁的上、下翼緣采用全熔透坡口對接焊縫， 而梁腹板采用普通螺栓或高強螺栓與柱連接的形式。這樣既可以保證節點屬剛性連接， 同時結構可承受一定的動力荷載。

（2）栓焊混合連接節點的設計

栓焊混合連接節點的梁腹板與柱通常采用摩擦型或承壓型高強螺栓連接， 實際工程中前者應用居多。摩擦型高強螺栓連接在受剪設計時， 以剪力達到板件接觸面間由螺栓預壓力使板件壓緊所提供的最大摩擦力為極限[3]。

（3）全螺栓連接節點

全螺栓連接節點為梁腹板及翼緣與柱以普通螺栓或高強螺栓現場連接， 以傳遞軸力、彎矩與剪力的連接形式。

3.骨形連接節點

上述三種連接方式都可以設計成骨形連接節點， 骨形連接節點主要用于設防烈度為8 度及以上的框架， 即在距梁端一定距離處， 將梁翼緣兩側做月牙形切削， 形成薄弱截面， 這種削弱部分截面能夠改變塑性鉸出現的位置， 使節點處因梁端最大彎矩作用下形成的塑性鉸偏離脆弱的節點連接部位， 向跨中轉移， 通過削弱梁來保護梁柱連接節點[4]。采用這種節點經過對梁進行合理的截面削弱， 使得較長的一段梁幾乎同步進入塑性， 真正做到了增加梁柱節點的延性， 充分發揮了鋼材的塑性， 但在設計時要保證對梁的削弱所造成的結構剛度和強度在正常結構設計荷載作用下完全能滿足要求。

（3）實例

某工程支架平面尺寸為17.9×20.0m、高度為30m， 共五層， 在二層梁上集中荷載最大為130 t、水平荷載最大為15t， 本工程鋼框架具有跨度大、梁上集中荷載和水平荷載都較大的特點。考慮上述特點設計采用箱形鋼柱、h 型鋼梁， 在大荷載處采用箱形鋼梁， 梁柱采 用栓焊混合連接方式。因水平荷載大， 框架彈性層間位移角不滿足《建筑抗震設計規范》的要求， 設計中采用增加柱間支撐的方法， 以減小框架彈性層間位移角， 但部分柱間因有原煙氣和凈煙氣煙道通過而無法在全范圍加柱間支撐， 在受影響部分設計考慮設局部柱間支撐， 以上支撐均采用全焊接連接。通過上述工程設計， 認為在鋼框架結構節點設計中應在如下方面引起足夠的重視：①注意節點受力， 減少應力集中， 避免鋼材三向受拉；②節點連接應設計成強節點、弱構件， 不使結構因連接較弱而破壞；③節點連接應按地震組合內力進行彈性設計， 并對連接的極限承載力進行驗算；④構件的拼接應按等強度或比等強度更高的原則設計；（盡量簡化節點構造， 以便于制作和安裝。

三、框架節點設計應注意的幾個方面

框架節點設計時應注意考慮影響框架節點承載力及延性的幾個因素：

1、注意直交梁對節點核心區的約束作用。一般認為，四邊有梁且帶有現澆樓板的中柱節點，當直交梁的截面寬度不小于柱寬的1/2，且截面高度不小于框架梁截面高度的3/4時，在考慮了直交梁開裂等不利影響后，節點核心區混凝土抗剪強度比不帶直交梁及樓板時要提高50%左右，但是對于三邊有梁的邊柱節點和二邊有梁的角柱節點，直交梁的約束作用并不明顯。

2、注意軸壓力對節點核心區混凝土抗剪強度及節點延性的影響。軸壓力不宜過小也不宜過大，較小時對混凝土抗剪強度將受到影響，隨著壓力的增加而增加；較大時隨著軸壓力的增加混凝土的抗剪強度將下降。

3、注意剪壓比和配箍率對節點受剪承載力的影響。當配箍率較低時，節點的抗剪承載力，會隨著配箍率的增加而增加，當配箍率較高時，節點區混凝土的破壞將先于箍筋的屈服，這樣將導致節點的受剪承載力達不到理想的要求。所以在在設計時，需要對節點的最小截面尺寸加以限制，確保箍筋的材料強度得到充分的發揮[5]。

4、注意梁縱筋滑移對結構延性影響。梁縱筋貫通滑移將破壞節點核心區剪力的正常傳遞，核心區受剪承載力將降低，從而使梁截面后期受彎承載力及延性降低，使節點的剛度和耗損能力明顯下降。試驗證明，邊柱節點梁的縱筋錨固比中柱節點的好，滑移較小。在設計的時候，為了防止梁縱筋滑移，最好采用直徑不大于1/20柱截面邊長的鋼筋，也就是使梁縱筋在節點核心區有不小于20倍的直段錨固長度，也可以將梁縱筋穿過柱中心軸后再彎入柱內，以改善其錨固性能。

四、結束語 綜上所述，梁柱連接節點設計是鋼框架結構設計的重點，也是難點，因此，常常引起設計人員的足夠重視就不足為奇了。設計中要在借鑒以往成功經驗的同時，通過不斷優化、完善梁柱連接節點設計，使節點設計與整體結構相協調。

參考文獻：

[1]嚴佩祥，淺談鋼框架結構節點設計[j]科技與生活，2011.08

[2]高重一，鋼結構框架設計中節點域問題的探討[j]石油化工設計，2009.03

[3]鐘漢華.建筑施工技術[M].北京.北京大學出版社.2009

[4]呂西林.高層建筑結構[M].武漢.武漢理工大學出版社.2006.2

[5]豐定國，王社良.抗震結構設計.武漢.武漢理工大學出版社.2003.6

作者簡介：

張國敬（1985-03），性別：男，籍貫：遼寧省建平縣，工作單位：哈爾濱電站設備成套設計研究所有限公司，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：電力工程。