鋼結(jié)構(gòu)建筑中新型節(jié)點(diǎn)的研究概述

周小建 毛哲帆

浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 浙江 杭州 310000

引言

鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性好以及成本低廉等諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，因此，在我國(guó)建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，則能夠進(jìn)一步鞏固鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，全面提升建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平。本研究旨在豐富該領(lǐng)域理論研究的同時(shí)，也能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員完成建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供必要實(shí)踐指導(dǎo)與幫助[1]。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的分類(lèi)

（1）鋼結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點(diǎn)。只有在建筑整體的連接節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建完成后，節(jié)點(diǎn)的建筑功能才得以有效的發(fā)揮。剛性節(jié)點(diǎn)就是在建筑結(jié)構(gòu)受力變形過(guò)程中梁柱夾角保持不變或變形微量的節(jié)點(diǎn)。為了建筑結(jié)構(gòu)能夠最大限度地承載建筑的質(zhì)量，就需要鋼結(jié)構(gòu)的各節(jié)點(diǎn)與梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的角度不會(huì)有大的差別，也要控制好節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性和強(qiáng)度[2]。

（2）鋼結(jié)構(gòu)鉸接節(jié)點(diǎn)。鉸鏈?zhǔn)沁B接在兩個(gè)物件之間的裝置。鉸鏈節(jié)點(diǎn)就是在鋼結(jié)構(gòu)的連接過(guò)程中，當(dāng)剛性節(jié)點(diǎn)在連接主要梁和柱身之間只有垂直方向的剪力結(jié)構(gòu)時(shí)，其不會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生彎矩，鉸鏈結(jié)構(gòu)能自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸鏈節(jié)點(diǎn)在施工過(guò)程中安裝也比較簡(jiǎn)單，操作性和實(shí)用性較高。一般會(huì)在建筑的各個(gè)端部采用鋼結(jié)構(gòu)鉸鏈節(jié)點(diǎn)來(lái)連接各個(gè)結(jié)構(gòu)，以此來(lái)增強(qiáng)端部的承載力。

（3）鋼結(jié)構(gòu)半剛性節(jié)點(diǎn)。半剛性節(jié)點(diǎn)是處于剛性節(jié)點(diǎn)和鉸鏈節(jié)點(diǎn)之間，它既能夠幫助鋼結(jié)構(gòu)塑造形態(tài)，還能承受彎矩的力量。半剛性連接介于剛性和柔性連接之間，必須具有一定的抗彎能力，可以有效地增強(qiáng)建筑的抗震能力，它的彎矩能力高于鋼結(jié)構(gòu)梁的承載能力。但就現(xiàn)實(shí)的施工設(shè)計(jì)來(lái)看，半剛性的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有一定的難度，在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中很少被廣泛地應(yīng)用。一旦設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)使得鋼結(jié)構(gòu)的彈性剛度加大，影響連接各構(gòu)件的安全，對(duì)整個(gè)建筑的施工安全和使用安全有一定的危害[3]。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)新型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 梁與柱連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

①對(duì)梁與柱節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)中承受力的要求。鋼結(jié)構(gòu)的框架中的柱屬于貫通型的，考慮到抗震的設(shè)計(jì)，要求框架與支撐的梁柱采用剛連。一般分為梁柱直連或是梁與懸臂拼連，后者要求構(gòu)件制作很精準(zhǔn)。由翼緣帶來(lái)的受彎承受力，應(yīng)該大于梁的塑性受彎力的1.2倍；由腹板帶來(lái)的受剪承受力，應(yīng)高于梁端剪切力的1.3倍。②對(duì)梁與柱連接節(jié)點(diǎn)中的抗震設(shè)計(jì)。連接節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)具有一定的要求，包括全熔透的焊縫技術(shù)，加強(qiáng)柱與梁翼緣連接處的加勁肋的設(shè)置，還有對(duì)腹板角處的扇形切角的設(shè)置等。其中如果梁的全截面塑性模量高于翼緣的70%的時(shí)候，其腹板與柱的連接就要大于兩列，最低也不能低于1.5倍。

2.2 次梁與主梁連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

次梁與主梁的連接有兩種做法：①將節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為鉸結(jié)；②設(shè)計(jì)為剛結(jié)。鉸結(jié)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作安裝方便，在實(shí)際工程中一般采用鉸接。剛結(jié)可使次梁成為連續(xù)梁，從而節(jié)約鋼材，并且減少次梁的撓度。次梁與主梁的連接宜采用鉸接連接，按次梁的剪力設(shè)計(jì)，并考慮連接偏心產(chǎn)生的附加彎矩，可不考慮主梁受扭。抗震設(shè)防時(shí)，為防止框架橫梁的側(cè)向屈曲，框架橫梁下翼緣在節(jié)點(diǎn)塑生區(qū)段應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐構(gòu)件。由于梁上翼緣和樓板連在一起，所以只需在互相垂直的主梁下翼緣設(shè)置側(cè)向隔撐，此時(shí)隔撐可起到支撐兩根橫梁的作用[4]。

2.3 柱腳的設(shè)計(jì)

①埋入式柱腳。埋入式柱腳是將鋼柱按要求固定在鋼筋混凝土基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁中，然后澆灌混凝土，形成剛性固定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)假定：柱的軸心壓力由埋在混凝土中的柱腳底板直接傳給鋼筋混凝土基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁；彎矩由焊在翼緣上的栓釘傳給鋼筋混凝土基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁或者由柱翼緣傳給混凝土；柱腳水平剪力由埋入混凝土的鋼柱的翼緣與基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁的混凝土的承壓力來(lái)傳遞；不考慮埋入的柱腳與混凝土的摩擦力和黏結(jié)力。②外包式柱腳。外包式柱腳是將柱腳用鋼筋混凝土包起來(lái)，其中鋼筋混凝土包腳高度、截而尺寸和箍筋配置對(duì)柱腳的內(nèi)力傳遞和恢復(fù)力特性有重要作用。H型鋼柱的包腳高度可取為柱截而高度的2.2～2.7倍。其內(nèi)力的傳遞一般采用以下假定：軸力壓力由鋼柱柱腳底板直接傳給鋼筋混凝土基礎(chǔ)或墓礎(chǔ)梁；彎矩由鋼柱翼緣抗剪栓釘先傳給鋼筋混凝土，再傳給基礎(chǔ)或基礎(chǔ)梁；水平剪力可山底板和混凝土之間的摩擦抵消一部分，再由包腳混凝土和水平箍筋同共承擔(dān)。③露出式柱腳。露出式柱腳是鋼柱的軸力、剪力和彎矩由柱腳底板和錨栓傳遞給基礎(chǔ)，在底層鋼柱形成塑性鉸之前，不允許底板和錨栓發(fā)生屈曲或屈服，不允許基礎(chǔ)被壓壞。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，但不易獲得可靠剛性，需設(shè)置加勁肋和錨栓支撐托板[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上，在實(shí)際開(kāi)展建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)工作人員需要充分結(jié)合工程實(shí)際與鋼結(jié)構(gòu)具體特征，在嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下，合理選擇與之相適宜的節(jié)點(diǎn)連接方式。并主動(dòng)運(yùn)用建模思想，配合使用各種專(zhuān)業(yè)工具軟件建立該模型，對(duì)各鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)其中各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格把控。從而有效完成建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作，并獲得理想的設(shè)計(jì)效果。