裝配式鋼結構梁柱連接節(jié)點研究

李建斌

（山西省工業(yè)設備安裝集團有限公司，太原030000）

1 引言

鋼結構是一種現(xiàn)代時期出現(xiàn)的建筑施工方式，其對施工技術的要求較高，因此，目前我國大部分建筑使用的仍然是傳統(tǒng)的混凝土建筑結構。但是，隨著我國基礎建設的發(fā)展，越來越多的建筑開始采用裝配式鋼結構，鋼結構建筑的獨特優(yōu)點使其在民用建筑市場開始受到歡迎。可以預見，在未來，裝配式鋼結構建筑將成為我國建筑施工的主要方式之一，因此，研究關于裝配式鋼結構梁柱節(jié)點的連接方式對提升我國建筑施工水平有重要意義。

2 鋼結構與裝配式鋼結構

裝配式建筑與鋼結構建筑是2 種完全不同的概念，相較于混凝土結構，鋼結構是天然的裝配式結構，但并非所有的鋼結構建筑都是裝配式建筑。傳統(tǒng)的鋼結構建筑中，梁柱的連接通常采用焊接的施工方式，但使用焊接施工容易使梁柱的焊縫處產生較大的應力，嚴重時會導致梁柱斷裂。而裝配式鋼結構中不存在焊縫，穩(wěn)定性更好。同時，裝配式鋼結構使用的零部件可以通過工廠批量化生產，在施工現(xiàn)場直接進行組裝。這種方式不但可以提升施工速度，還便于建筑的拆卸，并且可以對拆除的鋼材進行再次利用，因此，也是一種非常環(huán)保的施工方式。

3 裝配式鋼結構中梁柱節(jié)點的設計原則

3.1 強柱弱梁

所謂強柱弱梁，即設計鋼結構的梁柱時，將柱體作為主要承重結構，使梁部受力較小。因此，柱體要有足夠的承載力，通常可以通過增加柱體的截面面積提高柱體的承載力。在外力一定的情況下，增加柱體的截面面積可以減小柱截面單位面積內承受的作用力，從而提高柱體的承載力。但是，柱體截面過大可能會影響房屋內的可利用面積，因此，進行結構設計時，應根據(jù)房屋的面積、結構形式以及柱體的實際承重需求決定柱體的截面尺寸[1]。

3.2 強節(jié)點弱構件

節(jié)點是連接裝配式鋼結構中各構件的主要部位，節(jié)點的體積雖小，但是，由于其連接了大量的鋼制構件，是受力的關鍵點。節(jié)點承受的作用力可分為剪切力、扭轉力和軸向力，復雜的受力體系會給節(jié)點帶來一定的負擔，倘若節(jié)點的強度不足，可能會導致該節(jié)點連接失敗，影響裝配式鋼結構的承重能力。因此，進行節(jié)點與構件施工時，應強化節(jié)點，保證節(jié)點的承受力。同時，應在不影響施工效果的前提下弱化鋼制構件，減小節(jié)點的受力，增強節(jié)點的穩(wěn)定性。

3.3 節(jié)點域

節(jié)點域的處理是裝配式鋼結構中一個非常重要的環(huán)節(jié)，節(jié)點域會承受來自多個不同方向的構件的作用力，因此，節(jié)點域成為裝配式鋼結構中非常容易損壞的部位，也是我國裝配式鋼結構設計中容易忽略的部位。當節(jié)點域承受過大的作用力時，有可能出現(xiàn)結構斷裂的問題[2]。因此，設計節(jié)點域時，應使其保持一定的可塑性，塑性形變可以在一定程度上抵消來自不同方向的力，增強節(jié)點域的穩(wěn)定性。

4 裝配式鋼結構梁柱節(jié)點連接方式

4.1 “工”字型柱與梁柱的節(jié)點連接

懸臂端梁式連接如圖1 所示。這種方式也是較為簡單的一種連接方式，所需的各種材料與零件可以在工廠中生產，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后可直接進行拼接安裝。在該連接方式中，懸臂梁的懸臂長度與拼接板的厚度會影響節(jié)點的穩(wěn)定性，因此，設計過程中，應合理確定梁端的懸臂長度以及拼接板的厚度，以保證連接階段的剛度和穩(wěn)定性。

鋼框架與梁柱板之間的連接方式由ShiY 提出，通過對鋼框架與梁柱板之間的連接關系，建立了可以計算彎矩與轉角的非線性方程。在實際設計過程中，可以使用此方程對鋼框架與梁柱板之間的連接進行建模，對于保證設計的合理性有很大的幫助[3]。

可變梁高的梁柱節(jié)點連接，該連接方式的節(jié)點由T 型構件與L 型構件組合而成。其中，L 型構件的主要作用是承載節(jié)點所受的多種形式的作用力，因此，L 型構件的厚度對節(jié)點的承載性能有很大的影響。而T 型構件主要起固定作用，不直接參與承載力，因此，T 型構件的強度對節(jié)點的性能沒有直接的影響。

圖1 懸臂端梁節(jié)點連接示意圖

提升節(jié)點性能的關鍵在于節(jié)點的下端板，一般來說，下端板的形狀、厚度、外部伸長、腹板、螺栓的承載力等都可以對節(jié)點的承受力的性能造成影響。因此，設計過程中，要保證節(jié)點的承載力，要合理確定上述的幾個指標。

4.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點連接

圓柱與套筒的連接如圖2 所示。該連接方法以懸臂端梁為基礎，可以通過調整外部套筒的厚度實現(xiàn)對節(jié)點承載力的動態(tài)調整，適合應用在某些具有特殊要求的建筑結構中。

圖2 圓柱套筒連接示意圖

端板式梁柱連接。這種方式包含焊接、栓接與混合連接3 種方式，其優(yōu)點在于施工過程簡單易行，且非常節(jié)省時間，可以提升施工效率，適用于高層建筑施工。這種連接方式常見于對城市中高層住宅、商業(yè)樓、寫字樓等建筑的施工施工與維修。

外套管式連接。這種連接方式的節(jié)點為“十”字型結構，外套管的管壁厚度會對節(jié)點性能產生影響。當管壁厚度在合理范圍內時，節(jié)點的承載力會隨著管壁厚度的增加而增加，但當管壁過厚時，反而會導致因套管過重影響節(jié)點的性能。

內套管式連接。這種連接方式較為煩瑣，施工周期較長。該方式可以有效保證節(jié)點的各項性能。一般來說，在實際施工時，會選擇將內套管壁的厚度調整為約大于柱壁厚度2mm，此時的節(jié)點承力效果最佳。

5 結語

本文對裝配式鋼結構中梁柱節(jié)點的連接進行了研究。在進行裝配式鋼結構的梁柱節(jié)點連接時，應注意強柱弱梁、強節(jié)點弱構件和重視節(jié)點域的原則，另外，介紹了幾種工字型和鋼管柱的梁柱節(jié)點連接方案，期待能為提升我國裝配式鋼結構的施工水平提供幫助。