鋼結構主廠房連接節點優化設計

章榮輝 王光

鋼結構主廠房連接節點優化設計

章榮輝 王光

當今科學技術帶動社會經濟迅猛發展，鋼結構技術也得到了廣泛的推廣及應用，這使得鋼結構主廠房連接節點設計也逐步得到關注，我們應該進一步做到科學性的節點連接設計，因為這直接的影響著鋼結構本身的穩定性。文章就是在此基礎上對鋼結構主廠房的連接特征進行深刻的剖析，通過對大量的鋼結構優化設計以及標準化使得鋼結構的制作更加高效，連接節點的優化設計旨在提高生產效率，降低生產成本，帶動社會經濟發展。

在整個鋼結構的設計過程中，鋼結構主廠房連接設計就顯得尤為重要，連接點的安全性是保證整個鋼結構整體性能與可靠性能的重要因素，直接關聯著制作安裝的整體的質量和進度控制，甚至整個建設周期的及成本。綜上我們對鋼結構主廠房的連接節點的設計深化需要更透徹，為今后的鋼結構項目奠定堅實的基礎。

鋼結構主廠房基本特征

通常進行鋼結構設計時需要注意到計算模型中的鋼結構的連接方式，以及鋼結構的傳力方式，這樣才能對整體結構的受力模型進行簡化，此過程一般是采用相關的軟件進行操作。經研究發現，依據傳力特征的差異性大致可將節點連接的方式分成剛接、鉸接以及半剛性連接。

剛性連接形式的剛度與優缺點。剛性連接節點的強度以及剛度相對其他類型較高，經過多次測試，受力性能很好，但是施工難度較大，而且構造較為復雜。在鋼結構大梁板連接節點設計過程當中，通常采用的是剛接形式進行連接，主要的原因在于大板梁的加工制作過程中，承受的荷載較大，風險系數較大。

：鉸接連接形式的剛度與優缺點。鉸接連接節點的柔性偏大，鋼梁僅需在腹板處采用高強螺連接，上下翼緣無需進行現場焊接，而且鉸接的構造形式相對簡單，可以在很大程度上簡化現場的安裝以及操作流程，大大的降低了現場的勞動量。這種方式不僅不會受到天氣的影響，還大幅度的提高了鋼結構的安裝速度，但缺陷就是剛度和耗能較差并不利于整體結構的抗風和抗震。

半剛性連接形式的剛度與優缺點。半剛性連接節點的剛度和強度一直處于鉸接連接與剛性連接之間的，目前我們對半剛性連接節點的研究還不透徹，無法測算出其剛度值，也不能具體進行方案設計，節點的轉動剛度無法確定，因此在現場的操作中并不采用此類連接方式。

經過大量實驗研究發現，如果將連接作為理想剛接或是鉸接，就可以大大的簡化計算過程，但獲得的計算結構和現實情況差距仍然較大，我們主要采取調整系數的來做到降低誤差的影響。

鋼結構主廠房結構分析及節點的設計原則

我們以電力廠房的大板梁的加工制作過程為實例進行分析，主廠房是由汽車機房、除氧間、煤倉間三部分構成，而且是全部的鋼結構框架式廠房。在進行節點設計時，對于起支撐作用的主節點，我們考慮到即使支撐桿件內力較小，也應該做到支撐桿件承載力設計值的二分之一；對于大板梁的鉸接節點來說，即使大板梁的剪力較小，也應按照梁腹板的凈截面面積的抗剪承載力的設計值的二分之一來進行連接設計測算。此外還需考慮到的是，對于大板梁的剛性連接節點，需要按照大板梁的截面抗彎以及抗剪的承載力設計值進行節點設計，要單獨增加抗震處理，以此來減少支撐壓桿計算長度的次支撐。

對鋼結構主廠房連接節點的進行優化設計采取的措施

：高強螺栓進行連接。根據設計和受力要求的差異，我們將高強度螺栓分為承壓型和摩擦性兩種，通常在進行摩擦型高強度螺栓連接的抗剪設計時，我們以外剪力能夠提供的最大摩擦力為依據，這樣就可以避免構件之間發生滑動導致變形。如果是進行承壓型高強度的螺栓連接設計，只需考慮正常荷載作用環境下剪力低于最大摩擦力的情況。摩擦力可表現為動力也可表現為阻力，這里就是動力的表現，在進行承壓型高強度螺栓連接時，要保證承載力小于摩擦性連接形式的1.3倍以此保證安全性與可靠性。規定結構的平均荷載系數約1.3，荷載標準值的情況下，滿足這個要求的承壓型高強度螺栓就不會出現滑動了。

：全焊接點進行連接。全焊接點連接是一種在當前的高層鋼結構工程中應用較廣泛的一種大板梁連接形式，這種方式連接比較方便，而且可以在一定程度上節約原材料，整體的剛性相對較大，在抗彎的鋼結構中作用尤為突出。人們普遍認為，大板梁加工制作的焊接點具有良好的韌性，可以采用塑性變形吸收地震的效力，以此來維持結構的穩定性能。

為了保證結構剛度不在增大，我們一般會在接頭處做些調整，合理的增加節點，這樣就可以保證一旦出現失穩時，適當的削弱梁板，在大板梁上就可以形成塑性鉸。在操作過程中，應做到盡量的減少結構和焊接處應力集中，除此以外，為不減小腹板的連接強度，要適當的增加工藝孔，這樣可以為焊接的操作過程提供更多便利，以此達到提高焊接的質量的目的。

鋼結構主廠房連接節點優化設計大板梁的制作與加工

：大板梁模板的選取。大板梁的選擇十分重要，必須要有足夠的強度、剛度以及穩定性能，要能夠做到可以承載混凝土的側壓力才能進行下一步的施工，這種荷載通常被稱為施工荷載，大板梁的側模進行選擇時一般選用厚度較大的鋼模，端部模板制作也應保證錨定墊板的方向垂直于鋼絞線。

：大板梁模板的安裝。未盡量的避免模板接縫時出現漏漿以及尺寸偏差較大，我們在進行模板的連接時一般采用螺栓連接并且加入泡沫膠，胎膜的側邊粘貼泡沫膠之后將模板與胎膜的側邊緊貼，然后用預埋的螺桿進行再次固定，模板的上方需要放置與胎膜同寬的鋼筋或者是木條等來作為頂桿，將側模拉緊，端模固定于側模，錨墊板灌漿口朝上固定在端模上。

大板梁的混凝土澆筑。在進行大板梁的混凝土澆筑之前，需要仔細的檢查鋼筋的品種、規格、數量等于設計要求是否相符，綁扎是否牢固，墊塊數量是否足夠，模板的尺寸強度剛度穩定性以及接縫是否嚴密，嚴禁出現模板內部存有雜物，積水，鋼筋上有污漬等現象發生，出現時及時處理。

：大板梁的養護與拆模。大板梁的養護可以采用外涂養護劑或鋪設麻袋等覆蓋物來進行灑水養護，要做到大板梁的頂面以及側面始終保持濕潤狀態。在此過程中，晝夜溫差較大，有可能會出現熱脹冷縮的現象，也極有可能導致大板梁的開裂，所以在進行露天施工時，需要進行搭設遮陽以降低溫差變化帶來的不良的影響。

目前我國大規模的鋼結構的應用進一步的加深了對鋼結構的特性的了解，鋼結構的節點設計影響著整個的施工群過程與經濟效益，各企業積極的對施工機組的性能進行統計和總結，對節點的設計提供了大量的基礎數據，這樣對我們進行下一步的研究和分析奠定了基礎，也有利于我們在未來的研究課題中增強了信心。外模在拆除時，需要混凝土強度達到2.5MPa,這樣才能保證在拆模時避免粘膜，混凝土不缺棱角為宜，以達到最大強度為目標。

綜上我們在進行鋼結構主廠房的連接節點優化設計時，要做到對鋼結構的整體受力特點，適用受力條件等各方面的因素進行全面的考慮，對相關性的問題進行深入細化，做到理論與實際相結合的基礎上進行合理化的設計，來保證整體鋼結構在受力時安全高效合理，因此這就要求結構設計人員必須做到熟練掌握結構的受力特點。

上海建工（江蘇）鋼結構有限公司）