輕鋼屋蓋結構節點設計與施工探討

（1.中國市政工程西北設計研究院有限公司北京工程設計咨詢分院，北京，100037）

（2.廊坊京御房地產開發有限公司北京分公司，北京，100039）

【摘要】鋼結構工程中，梁柱連接節點起到傳遞彎距和剪力的作用。節點的施工處理的好與壞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及安全。結合工程實例介紹了梁柱連接節點的形式及其設計、施工要點。

【關鍵詞】輕鋼屋蓋；節點；施工

0 前 言

輕型鋼結構在工業廠房、倉庫、集貿市場、商業建筑中越來越得到人們的青睞。輕型鋼結構采用的是輕型材料，因此鋼材消耗量低。在目前輕型屋蓋中，以門式鋼架應用較多。門式剛架中，采用輕型焊接變截面工形柱和分段變截面工形梁并利用腹板屈曲后強度，是降低其用鋼量的有效措施。目前，PKPM系列軟件已經能進行輕型鋼結構門式剛架的分析計算、截面優化設計、節點設計和施工圖繪制。

1 節點設計要點

鋼結構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。

按照梁柱連接的轉動剛度與連接構造之間的關系，將梁柱連接節點分為剛性連接、柔性連接（鉸支連接）、半剛性連接三種；

在工程實踐中，如何判別一個節點屬于剛性、半剛性或鉸接連接主要是看其轉動剛度 ，剛性連接應不會產生明顯的連接夾角變形，即連接夾角變形對結構抗力的減低應不超過 。

采用鉸接時構造簡單，但剛度和耗能性能差，結構的抗風性和抗震性不佳；采用剛性連接時受力性能好，但構造復雜，施工難度大，難以保證施工質量；而采用半剛性連接時，則兼有剛接和鉸接的長處，它可以降低梁跨中彎矩，提高結構的側向剛度，承載性能好。另外從施工角度講，構造簡單，施工快捷，質量比較容易得到保證。而且從經濟方面考慮，在鋼結構建筑中采用半剛性連接，和傳統的需要大量焊接的剛性連接相比，制作和安裝簡易而迅速，從而能夠節約用鋼量，降低工程的造價。

門式剛架端板連接節點主要承受的是彎矩和剪力。在我國，對這類端板連接設計采用的是傳統的方法：認為螺栓受力為三角形分布，利用平衡原理分析螺栓的受力，然后進行其它部分的設計驗算。

在鋼結構框架的傳統分析與設計中，為簡化分析設計過程，梁柱連接被認作理想的鉸接連接或完全的剛性連接，并且認為：連接對轉動約束達到理想剛接的 以上，可視為剛接；在外力作用下，柱梁軸線夾角的改變量達到理想鉸接的80%以上的連接視為鉸接。采用理想鉸接的假定，將意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞，就轉動而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨立地轉動。

在PKPM中翼緣和腹板按抗彎剛度比例分配所需負擔的彎矩，而剪力全部由腹板承受。門式剛架梁柱連接節點通常作為剛接節點進行計算和設計，一般采用高強度螺栓端板的連接形式。端板連接是輕鋼門式剛架中梁柱連接和拼接節點的主要方式，是利用構件端部焊接端板與另一構件的端板或柱翼緣連接的節點形式。這樣翼緣采用焊接，腹板采用摩擦型高強螺栓連接，螺栓數量多，造成施工時不便。由于構件驗算和節點驗算的計算方法上有所不同，節點設計是分部分來驗算的。而且對于驗算時取的截面特性也不一樣，節點設計時取的是精確的毛截面。最關鍵的地方是節點設計時需要判斷截面形式，如果該截面翼緣夠強的話，程序就自動按常用設計法設計，此時翼緣承擔所有彎矩，和實際翼緣按慣性矩分配彎矩就會大不少，自然就會出現超限問題。

2 某輕鋼結構工程節點的施工

2.1 工程概況

某加工廠廠房，跨度22m，屋面為輕質采鋼瓦，鋼結構用鋼采用Q235鋼；梁的端板法蘭式連接、主框架梁柱連接等鋼架構件現場連接采用10.9級摩擦型高強度螺栓，構件接觸面采用表面機械除銹，除銹等級為Sa2.5，摩擦系數≥0.35，不得有油污、不得刷油漆。表面噴涂強力鋅兩道作防腐處理，厚度80微米；框架梁柱上下翼緣板，腹板的拼接采用加引弧板的對拉焊接，三者的對接焊應錯開200mm以上，構件主材的拼接，翼緣、腹板與端板、柱腳、牛腿的連接，梁翼緣與柱、與梁的剛性連接，皆采用熔透對接焊縫，焊縫質量檢驗級別為二級。

2.2 節點設計及施工要點

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。 本工程因屋面懸掛荷載較大（最大300KN）因此，在在鋼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。

2.2 鋼結構施工安裝

鋼結構的安裝包括柱的吊裝、滿堂腳手架的搭設、網架拼裝、就位與臨時固定、最終固定、高強螺栓的終擰、檁條、拉條、偶撐、柱間支撐、天溝、墻面板、屋面板的安裝等工序。

2.2.1鋼柱的吊裝

(1)鋼柱吊裝前

鋼柱吊裝前要對基礎

進行校核，檢測用經緯儀、水平儀、塔尺、鋼卷尺等工具進行測量，地腳螺栓的中心偏移允許偏差為5mm，露出長度允許偏差為+30.0mm，螺紋長度允許偏差為0.0～+30.0mm。

(2)鋼柱的吊裝

鋼柱吊裝前要先將地腳螺栓間距、垂直度校正，并將調節螺母及墊板擰到相應標高。鋼柱的吊裝用16T吊車，一點綁扎直吊法，采用旋轉法起吊。鋼柱離地腳螺栓50mm時釣鉤緩慢下落，在工人的扶持下緩慢下落，接近螺栓時停止下落，待柱腳底孔對準地腳螺栓后再緩慢下落，鋼柱落實后隨即加墊板緊固螺母。鋼柱的吊裝由1軸→7軸順序順次吊裝。

(3)鋼柱的校正

鋼柱的校正采用兩臺經緯儀在兩個垂直的方向同時進行，校正夾角不宜大于15度。垂直度的調整升降調節螺母進行。鋼柱垂直度校正完畢后立即將地腳螺栓緊固。鋼柱垂直度應符合以下規定：當H≤m時不大于H/1000mm；當H＞10m時不大于H/1000mm，且不應大于25.0mm（H為柱高）。

2.2.2 高強螺栓連接施工

螺栓作為鋼結構主要連接緊固件，通常用于鋼結構中構件間的連接、固定、定位等，鋼結構中使用的連接栓一般分普通螺和高強度螺兩種。選用普通螺栓作為連接的緊固件，或選用高強度螺栓但不施加緊固軸力，該連接即為普通螺栓連接，也即通常意久下的螺栓連接；選用高強度螺栓作用連接的緊固件，并通過對螺栓施加固軸力而起到連接作用的鋼結構連接稱高強度螺栓連接。

本工程采用10.9級高強螺栓連接，摩擦型連接用于一旦發生滑移就會對正常使用造成損害的情況，例如承受疲勞破壞的連接、反復作用力的連接、連接中使用了擴大孔或槽孔且荷載沿槽孔方向。摩擦型連接的螺栓必須按照規范要求施加預拉力。大多數使用了標準孔的連接可以設計為承壓型連接而不必考慮正常使用下會不會發生滑移，這是因為，對于使用了標準孔或荷載垂直與槽的槽孔的連接，當螺栓個數大于等于3時，自由的滑移通常并不存在――因為一個或更更多的孔在施加荷載之前就已經承壓了。因此，螺栓的連接至關重要。

本工程主次梁及次檁與主檁的連接用高強螺栓。高強螺栓螺栓連接時，按照《鋼結構工程質量檢驗評定標準》施工，檢驗用高強螺栓應在施工現場安裝的螺栓中隨機抽取。

（1）摩擦面處理

用鋼絲刷在垂直于受力面除去浮銹，要求做到連接面無油污、水、沙土，保持干燥平整，不能有毛刺、飛邊、殘留物等，不得在雨中作業。

（2）終擰扭矩確定

T=K.p.d

式中：T-施擰扭矩（N.m）；d-螺栓直徑；P-螺栓預拉力；K-扭矩系數

（3）高強螺栓的檢查

目測檢查是否有漏擰現象、螺紋損傷，是否有接觸不密合現象，是否有墊圈、螺母反置現象。

（4）成品保護要求

A.高強螺栓連接副在運輸、保管過程中應輕裝、輕卸，防止損傷螺紋。

B.高強螺栓連接副應按包裝箱上注明的批號、規格分類保管，室內存放，堆放不宜過高，防止生銹和沾染臟物，高強螺栓連接副在安裝使用前嚴禁任意開箱。

C.工地安裝時應按當天高強螺栓連接副使用的數量領取。當天安裝剩余的必須妥善保管，不得亂扔、亂放。在安裝過程中不得碰傷螺紋及沾染臟物，以防扭矩系數發生變化。

D.加工后的構件在高強螺栓連接處的鋼板表面應平整，無焊接飛濺，無毛刺，無油污，其表面處理方法應與設計圖中所要求的一致。

E.經處理后的高強螺栓連接處摩擦面，應采用保護措施，防止沾染臟物和油污，嚴禁在高強螺栓連接處摩擦面上作任何標記。

2.2.3焊縫的質量檢查

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。本工程對焊縫的要求如下：

(1) 焊縫質量外觀檢查，應按設計文件規定的標準在焊縫冷卻后進行。

(2)焊縫表面應均勻、平滑，無折皺、間斷和未滿焊，并與基本金屬平緩連接，嚴禁有裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑、針狀氣孔和熔合性飛濺等缺陷；

(3)所有焊縫均應進行外觀檢查，當發現有裂紋時，可用磁粉探傷或著色滲透探傷進行復查。

3 結語

鋼結構安裝完成后必須按照《鋼結構工程質量檢驗評定標準》要求對各項目進行質量檢查驗收，各項技術要求符合設計及規范要求后，方可進行下道工序施工。

參考文獻

[1] 張明軒.鋼結構工程的施工質量控制[J].鋼結構.2004（6）

[2]張晨．鋼結構設計的簡單步驟和設計思路[J]山西建筑，2005．

[3]王景文，鋼結構工程施工與質量驗收實用手冊[M]．中國建材工業出版社，2005

作者簡介：

毛麗華（1977-），女，山東聊城人，畢業于青島建筑工程學院建筑工程專業，工程師，主要從事結構設計工作。通訊地址：北京市海淀區三里河路15號中建大廈C座201室，郵編：100037

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