裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑梁柱連接節(jié)點(diǎn)研究

陳超

摘要：裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑是一種新型的綠色化和現(xiàn)代化相結(jié)合的建筑，并被廣泛應(yīng)用在建筑行業(yè)中，成為建筑行業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑梁柱連接節(jié)點(diǎn)是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，不僅關(guān)系到裝配式鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等質(zhì)量問題，而且直接影響著施工進(jìn)度和建造成本。本文對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑梁柱連接點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析研究，希望能夠有助于鋼結(jié)構(gòu)建筑提升工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：裝配式鋼結(jié)構(gòu);梁柱;連接節(jié)點(diǎn)

所謂裝配式建筑是指在工廠中將建筑結(jié)構(gòu)中的部分構(gòu)件加工制作完成后再運(yùn)輸?shù)浇ㄔO(shè)現(xiàn)場(chǎng)，與建筑結(jié)構(gòu)中的其他部件以相應(yīng)的連接方式進(jìn)行安裝連接。而裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)的合理配置直接關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計(jì)和施工建造的質(zhì)量問題。因此，梁柱的連接點(diǎn)設(shè)計(jì)是裝配式鋼結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)。

1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

對(duì)于裝配式鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，受外界作用力影響最大的就是梁柱節(jié)點(diǎn)。因此，需要從鋼結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度和構(gòu)件的承載力度等方面綜合考慮梁柱連接點(diǎn)的受力情況，否則很容易使梁柱節(jié)點(diǎn)位置的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件因承載力過大而發(fā)生破壞，進(jìn)而致使鋼結(jié)構(gòu)的整體受力發(fā)生變化，甚至威脅到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

梁柱節(jié)點(diǎn)是否穩(wěn)固的關(guān)鍵點(diǎn)在于梁柱焊接位置，一旦該位置因應(yīng)力過于集中就會(huì)使梁柱節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)破壞。其中，比較典型的破壞形式就是梁下翼緣和柱翼緣相交位置的焊縫因受力強(qiáng)度增加而出現(xiàn)裂紋，并且隨著受力強(qiáng)度的增加，裂縫會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的擴(kuò)展惡化，最終使其發(fā)生斷裂[1]。相比較于梁端和柱端的破壞程度，其梁端的破壞程度更為明顯。因此，從梁端著手避免裂紋的出現(xiàn)是防止梁柱節(jié)點(diǎn)斷裂的關(guān)鍵。通常情況下，可以采取通過改變塑性鉸位置和扇形切角構(gòu)造，采用高沖擊韌性焊縫以及針對(duì)梁翼緣部位做好缺口效應(yīng)處理操作等手段來增強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)處的鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式

2.1 “工”字型柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

通常情況下，工字型柱與梁柱之間的節(jié)點(diǎn)連接方式較為簡(jiǎn)單，其鋼結(jié)構(gòu)中相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件一般是在工廠加工完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)拼接組裝而成。對(duì)于懸臂端梁式連接，其梁柱節(jié)點(diǎn)之間的連接是否穩(wěn)固主要取決于懸臂梁的懸臂長度和拼接板的厚度。因此，這二者是工字型柱與梁柱之間節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)的重要考慮因素。例如：通過構(gòu)建彎矩與轉(zhuǎn)角之間的非線性方程對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行建模，比較直觀的表述出鋼結(jié)構(gòu)與梁柱板之間的連接關(guān)系，有效提升了設(shè)計(jì)方案的合理性和準(zhǔn)確性。

對(duì)于梁高處于變化情形下的梁柱節(jié)點(diǎn)連接，其主要連接構(gòu)件包括T型構(gòu)件和L型構(gòu)件。T型構(gòu)件和L型構(gòu)件具有明確的作用分配。T型構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)中沒有起到明顯的承載作用，而是主要起到固定的作用以穩(wěn)固鋼結(jié)構(gòu)。L型構(gòu)件則是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中的承載主力，對(duì)各個(gè)形式的作用力都能起到一定程度的分擔(dān)作用[2]。因此，L型構(gòu)件在設(shè)計(jì)制造過程中需要重點(diǎn)考慮構(gòu)件的厚度，以合理優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的性能。其中，節(jié)點(diǎn)的下端板的厚度、外部伸長、形狀等是重要考慮因素，這些因素直接決定著節(jié)點(diǎn)的承受力情況，需要在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的核算以優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)，全面提升節(jié)點(diǎn)的承載性能。

2.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接

鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接是在懸臂端梁的基礎(chǔ)上，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)中承載力的實(shí)際情況來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)外部套筒的厚度以滿足工程建筑的實(shí)際承載需求。這種連接方式廣泛應(yīng)用在特殊情況下。同時(shí)，鋼管柱與梁柱的節(jié)點(diǎn)連接方式主要包括端板式梁柱連接、外套管式連接、內(nèi)套管式連接。端板式梁柱連接的實(shí)際操作簡(jiǎn)單方便，主要涉及焊接、栓接和混合連接等多種連接方式，在高層建筑中應(yīng)用較多[3]。外套管式連接節(jié)點(diǎn)以十字型結(jié)構(gòu)為主，同時(shí)，這種連接方式下的節(jié)點(diǎn)性能與外套管的管壁厚度具有直接關(guān)系。兩者在一定范圍內(nèi)呈正比例增加，但是超過一定范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)性能會(huì)因?yàn)樘坠艿募又囟尸F(xiàn)下降趨勢(shì)。內(nèi)套管連接的節(jié)點(diǎn)性能良好，但是連接方式相對(duì)比較復(fù)雜，耗時(shí)較長。

3 梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)建議

裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)在外部作用力的作用下很容易出現(xiàn)破壞，這就需要嚴(yán)格把控梁柱節(jié)點(diǎn)的承載能力，同時(shí)，也要求梁柱節(jié)點(diǎn)處的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力滿足實(shí)際工程需求。而焊接連接問題是節(jié)點(diǎn)性能的影響因素之一。根據(jù)實(shí)際的建筑工程經(jīng)驗(yàn)來看，對(duì)于高層鋼結(jié)構(gòu)、低層大型鋼結(jié)構(gòu)以及多層鋼結(jié)構(gòu)中，焊縫的質(zhì)量等級(jí)一般需要控制在一級(jí)以上，而角焊縫的質(zhì)量等級(jí)則需要控制在二級(jí)以上，同時(shí)需要對(duì)焊縫處進(jìn)行外觀缺陷檢查，并確保其檢查結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到二級(jí)以上。當(dāng)裝配式鋼結(jié)構(gòu)中梁為熱軋H型鋼，與柱處于直接連接狀態(tài)時(shí)，最好采用RBS式節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)連接形式能夠從根本上削弱上梁的翼緣截面，進(jìn)而在一定程度上改變塑性鉸的出現(xiàn)位置，這樣梁柱節(jié)點(diǎn)的延性得到最大程度上的改善[4]。而如果梁的材質(zhì)為焊接H型鋼，在與柱進(jìn)行直接連接時(shí)，則可以采用多種節(jié)點(diǎn)連接形式，如梁端梯形翼緣連接節(jié)點(diǎn)、梁端翼緣不等強(qiáng)連接節(jié)點(diǎn)和加強(qiáng)型懸臂梁段連接節(jié)點(diǎn)。這些連接節(jié)點(diǎn)基本都屬于加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)，需要結(jié)合實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)情況選擇合理的節(jié)點(diǎn)連接形式，以發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，提升節(jié)點(diǎn)性能，優(yōu)化施工操作。

4 結(jié)語

綜上所述，裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)是梁柱結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵位置，其節(jié)點(diǎn)連接方式的選擇直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力。在鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程中，應(yīng)該充分結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)、連接方式等因素，科學(xué)合理的選擇節(jié)點(diǎn)連接方式，從整體上提升裝配式鋼結(jié)構(gòu)的工程性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建斌.裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（22）：14-15.

[2]倪占東.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑水泥基復(fù)合夾芯墻板安裝連接節(jié)點(diǎn)研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2019（30）：139.

[3]王鑫琦.裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑水泥基復(fù)合夾芯墻板安裝連接節(jié)點(diǎn)研究[J].甘肅科技，2018，34（24）：116-117.

[4]丁陽，鄧恩峰，宗亮，戴驍蒙，李豫明，王海鵬，畢家欣.模塊化鋼結(jié)構(gòu)建筑連接節(jié)點(diǎn)研究進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2019，40（03）：33-40.