試談建筑鋼結構節點設計要點

摘要：隨著我國社會的進步和經濟的發展，鋼結構的應用也越來越廣泛。對于多數的設計單位而言，鋼結構還是相對陌生的工程領域。與混凝土結構相比較，鋼結構有其自身的特點，尤其是與穩定相關的概念和計算是鋼結構設計的要點。

關鍵詞：建筑;鋼結構;節點;設計;要點

引言

眾所周知，在建筑施工中，鋼結構施工技術的應用至關重要。對鋼結構施工要點進行分析，有利于建筑工程施工質量的提升，有利于建筑結構的優化與發展。

一、建筑鋼結構施工特點分析

第一，鋼結構的應用涉及到了大量的建筑構件，所以與混凝土結構的應用相比，占用的施工現場面積更小;第二，建筑施工中在鋼結構的應用方面有著較高的要求，所以必須要加強鋼結構測量以及焊接等工藝的控制;第三，建筑的豎向荷載包含自重荷載與樓面荷載兩方面，而建筑材料與建筑體積直接決定著建筑結構的自重荷載。而建筑因為樓層多，需要使用大量的建筑材料，所以其自重荷載更大。另外，建筑能夠容納的人流量與物品也非常多，所以其樓面荷載也遠超于普通建筑。而這就對于建筑結構的基礎設計提出了更加苛刻的要求;第四，缺乏較強的抗側移能力。因為建筑的樓層較高，所以也需要承受更大的風荷載作用。在這種情況下，建筑底部的彎矩就會偏大。再加上建筑缺乏較強的抗震能力，只有加強建筑頂部最大側向位移與不同樓層之間最大層間位移的控制，才能夠為建筑工程的施工質量不受影響;第五，建筑的施工建設以高空作業為主，所以對于安全生產系統的完善性要求更高。而且，高空作業還需要使用到大型的起吊設備和升降器械，所以與普通建筑工程的施工相比，施工難度更大、施工風險更高、施工成本也更高。

二、鋼結構設計在建筑結構設計中的必要性

鋼結構指的是利用焊接、熱軋、冷彎等加工技術處理鋼板，使其能夠成為建筑所需的鋼型。輕鋼和重鋼是鋼結構的兩種主要類型，兩者具有不同的優點，可結合實際情況應用在適宜的地方。輕鋼由于自重較輕、所占面積較小，在跨度較小的建筑項目中得到大力推廣。重鋼的自重雖然比輕鋼重，但比鋼筋混凝土輕，常常被用于具有較大跨度的建筑物之中。鋼結構設計作為建筑結構設計中至關重要的組成部分，對建筑的穩定性和安全性具有不可忽視的影響。鋼結構設計涉及到多個環節，任何一個環節的不當便會影響整體。鋼結構設計的好壞會直接影響到建筑物的質量和品質，甚至還會影響建筑行業的整體發展以及鋼結構制造業的發展。因此，結構設計人員要重視鋼結構設計，利用扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗完善和優化鋼結構設計。鋼結構設計涉及到幾何層面的知識，對工作人員的專業技能具有較高要求，在設計時具有一定的難度和挑戰。結構設計人員在設計鋼結構時，要嚴格遵守設計規劃，以建筑項目的施工性質以及工程圖紙為設計導向，將鋼結構的每一個設計要點落實到位，明確整個結構的立體形象，并繪制出相應的設計圖紙，將鋼結構設計的質量問題放在首位。高品質的鋼結構設計離不開具有扎實理論基礎與豐富工作經驗的專業人才。鋼結構設計涉及到多個環節，每一個環節環環緊扣，任何一個環節的偏差將會影響整體效果和質量。整體是由部分組成的，關鍵部分對整體具有決定性作用。結構設計人員在設計時要重視每一個環節以及每一個構建，將每一個細節落實到位，保證構件的安裝質量，避免在建筑工程后續施工環節出現安全事故或產生安全隱患。

三、建筑鋼結構節點設計要點

本文選擇以某地區的大型建筑為例。該建筑的總占地面積超過86000m2，建筑基礎為典型的樁基礎。建筑結構為鋼結構，且其平面尺寸長度超過460m，為了避免出現建筑結構單體長度過長，導致結構受力十分復雜，設計人員提出需要將建筑本體和其下混凝土結構、停車樓、超市等相分離，同時設置分隔縫，將其劃分成低、中、高三個區域。三個區域的平面尺寸依次為150m×150m、151m×（150～120）m、170m×（120～100）m。該建筑結構的最低與最高立面高度分別為40m與120m。在建筑的高區，其最大高差超過85m，樓面傾角超過25°，兩側結構具有較大水平剛度差。高區采用由鋼筒體、框架梁柱等共同構成的框架結構。側面大桁架的支撐力來源于設置在高區左側兩端的混凝土筒體，該混凝土筒體同時需要承擔豎向荷載。中區跨度介于120～150m，低區跨度為150m，中區與低區均采用橫縱桁架相結合的鋼結構體系。

（一）框架柱的交叉節點

工作人員要從工程實際出發，針對建筑鋼結構中的各關鍵節點對其進行優化設計。如本工程中，巨柱之間相互連接時形成了眾多呈“X”形的交叉節點，在該類節點處有6根桿件進行相互連接，構件截面尺寸最大可以達到1800mm×1800mm，節點板厚度最大值超過50mm。因此，選擇將栓焊連接節點作為鑄鋼節點顯然并不適用，為了有效增強節點區承載力，使其能夠至少達到構件承載力，工作人員通過將通長縱向加勁肋與適量橫向加勁肋，一并增設在節點內部，以此有效達到節點強化的效果。通過將適量具有一定厚度的加勁肋設置在節點桿件“X”形交叉位置處，可以使得交角處的倒角在一定程度上得到有效增加，配合使用增加設置加勁板等方式，可以進一步實現節點加強的效果。在本建筑項目中，為了實現鋼結構節點連接的安全可靠，同時有效降低現場施工難度，工作人員最終在連接巨柱交叉主桿件時，設計使用全熔透焊接連接的方式，并要求焊接質量等級達到一級。在分肢連接中需要使用強度等級達到10.9級的高強度螺栓，以此有效保障連接的緊固度與安全可靠性。

（二）桁架連接屋面節點

本建筑高區轉換樓面和屋面的中間位置處設有抗風桁架，其傾角為70°，總長度超過20m。在結合工程實際，并參照相關設計規定要求下，工作人員在連接屋面和抗風桁架的節點設計中，選擇使用銷軸連接的方式，銷軸直徑為60mm。在上銷軸中使用長圓孔，使得在重力荷載作用下的軸力可以得到有效釋放，從而有效減小屋面桁架下弦所需承受的荷載。為有效提升節點連接強度，工作人員選擇使用40Cr材質的銷軸，這主要是由于該種材質具有良好的耐磨損性能，且硬度相對較高。此外，工作人員還通過將兩道厚度為20mm的加勁肋加設在耳板位置處，進而在有效控制耳板厚度的同時，也可以使得耳板局部具有更好的安全穩定性。

（三）固接柱腳

GB50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016年版）的8.2.8的第5條規定，柱腳與基礎的連接極限承載力應滿足公式：

式中，Mu，base為柱腳連接的極限承載力;ηj為連接系數，根據該規范表8.2.8，ηj的值對于埋入式柱腳為1.2，外包式柱腳為1.2，外露式柱腳為1.1;MPc為底層鋼柱的塑性受彎承載力：MPc=fyWPc;fy為柱子材料屈服強度;WPc為柱子的塑性截面抵抗矩。

結語

總而言之，在建筑工程樓層越來越高、施工規模越來越大的發展形式下，混凝土結構的應用表現出了一定的滯后性。而強度更高的鋼結構開始在建筑工程的施工過程中應用，并發揮出了非常突出的優勢。但是，只有加強建筑鋼結構施工要點的控制，才能夠有效提升建筑鋼結構的施工質量，促進建筑施工技術的發展與進步。

參考文獻：

[1]康金亮.建筑鋼結構施工技術要點探析[J].建筑工程技術與設計，2019，（30）：1428.

[2]孫浩文.淺談鋼結構建筑的施工控制要點[J].建筑工程技術與設計，2019，（30）：1235.

作者簡介：

陸景園，蚌埠清泉水技術設計咨詢有限公司。