鋼結(jié)構(gòu)建筑中新型節(jié)點的研究概述

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)勢特點，因此，在我國建筑工程中得到了廣泛應(yīng)用。而實現(xiàn)對建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計，則能夠進(jìn)一步鞏固鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢，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，也能夠為相關(guān)工作人員完成建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點優(yōu)化設(shè)計，提供必要實踐指導(dǎo)與幫助[1]。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的分類

（1）鋼結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點。只有在建筑整體的連接節(jié)點創(chuàng)建完成后，節(jié)點的建筑功能才得以有效的發(fā)揮。剛性節(jié)點就是在建筑結(jié)構(gòu)受力變形過程中梁柱夾角保持不變或變形微量的節(jié)點。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)點與梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的角度不會有大的差別，也要控制好節(jié)點連接的穩(wěn)定性和強(qiáng)度[2]。

（2）鋼結(jié)構(gòu)鉸接節(jié)點。鉸鏈?zhǔn)沁B接在兩個物件之間的裝置。鉸鏈節(jié)點就是在鋼結(jié)構(gòu)的連接過程中，當(dāng)剛性節(jié)點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，其不會使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生彎矩，鉸鏈結(jié)構(gòu)能自由的轉(zhuǎn)動。鉸鏈節(jié)點在施工過程中安裝也比較簡單，操作性和實用性較高。一般會在建筑的各個端部采用鋼結(jié)構(gòu)鉸鏈節(jié)點來連接各個結(jié)構(gòu)，以此來增強(qiáng)端部的承載力。

（3）鋼結(jié)構(gòu)半剛性節(jié)點。半剛性節(jié)點是處于剛性節(jié)點和鉸鏈節(jié)點之間，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)實的施工設(shè)計來看，半剛性的節(jié)點設(shè)計有一定的難度，在現(xiàn)實設(shè)計中很少被廣泛地應(yīng)用。一旦設(shè)計不當(dāng)，就會使得鋼結(jié)構(gòu)的彈性剛度加大，影響連接各構(gòu)件的安全，對整個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)點設(shè)計要點

2.1 梁與柱連接節(jié)點的設(shè)計

①對梁與柱節(jié)點連接設(shè)計中承受力的要求。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，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；由腹板帶來的受剪承受力，應(yīng)高于梁端剪切力的1.3倍。②對梁與柱連接節(jié)點中的抗震設(shè)計。連接節(jié)點的抗震設(shè)計具有一定的要求，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)點的設(shè)計

次梁與主梁的連接有兩種做法：①將節(jié)點設(shè)計為鉸結(jié)；②設(shè)計為剛結(jié)。鉸結(jié)構(gòu)造簡單，制作安裝方便，在實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，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，為防止框架橫梁的側(cè)向屈曲，框架橫梁下翼緣在節(jié)點塑生區(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，此時隔撐可起到支撐兩根橫梁的作用[4]。

2.3 柱腳的設(shè)計

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)計時假定：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，其中鋼筋混凝土包腳高度、截而尺寸和箍筋配置對柱腳的內(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。其特點是構(gòu)造簡單，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

綜上，在實際開展建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計時，相關(guān)工作人員需要充分結(jié)合工程實際與鋼結(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)點連接方式。并主動運用建模思想，配合使用各種專業(yè)工具軟件建立該模型，對各鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點受力情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析。在此基礎(chǔ)上，對建筑鋼結(jié)構(gòu)中的各個節(jié)點進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化設(shè)計，對其中各項設(shè)計要點進(jìn)行嚴(yán)格把控。從而有效完成建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計工作，并獲得理想的設(shè)計效果。