試談建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計要點

摘要：隨著我國社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣泛。對于多數(shù)的設(shè)計單位而言，鋼結(jié)構(gòu)還是相對陌生的工程領(lǐng)域。與混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)有其自身的特點，尤其是與穩(wěn)定相關(guān)的概念和計算是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點。

關(guān)鍵詞：建筑;鋼結(jié)構(gòu);節(jié)點;設(shè)計;要點

引言

眾所周知，在建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。對鋼結(jié)構(gòu)施工要點進行分析，有利于建筑工程施工質(zhì)量的提升，有利于建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與發(fā)展。

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)施工特點分析

第一，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用涉及到了大量的建筑構(gòu)件，所以與混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相比，占用的施工現(xiàn)場面積更小;第二，建筑施工中在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面有著較高的要求，所以必須要加強鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yuǎn)超于普通建筑。而這就對于建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計提出了更加苛刻的要求;第四，缺乏較強的抗側(cè)移能力。因為建筑的樓層較高，所以也需要承受更大的風(fēng)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(cè)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(zhì)量不受影響;第五，建筑的施工建設(shè)以高空作業(yè)為主，所以對于安全生產(chǎn)系統(tǒng)的完善性要求更高。而且，高空作業(yè)還需要使用到大型的起吊設(shè)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(fēng)險更高、施工成本也更高。

二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的必要性

鋼結(jié)構(gòu)指的是利用焊接、熱軋、冷彎等加工技術(shù)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(jié)構(gòu)的兩種主要類型，兩者具有不同的優(yōu)點，可結(jié)合實際情況應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中至關(guān)重要的組成部分，對建筑的穩(wěn)定性和安全性具有不可忽視的影響。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到多個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)的不當(dāng)便會影響整體。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞會直接影響到建筑物的質(zhì)量和品質(zhì)，甚至還會影響建筑行業(yè)的整體發(fā)展以及鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要重視鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗完善和優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到幾何層面的知識，對工作人員的專業(yè)技能具有較高要求，在設(shè)計時具有一定的難度和挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)時，要嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)劃，以建筑項目的施工性質(zhì)以及工程圖紙為設(shè)計導(dǎo)向，將鋼結(jié)構(gòu)的每一個設(shè)計要點落實到位，明確整個結(jié)構(gòu)的立體形象，并繪制出相應(yīng)的設(shè)計圖紙，將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量問題放在首位。高品質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計離不開具有扎實理論基礎(chǔ)與豐富工作經(jīng)驗的專業(yè)人才。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到多個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)緊扣，任何一個環(huán)節(jié)的偏差將會影響整體效果和質(zhì)量。整體是由部分組成的，關(guān)鍵部分對整體具有決定性作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計時要重視每一個環(huán)節(jié)以及每一個構(gòu)建，將每一個細(xì)節(jié)落實到位，保證構(gòu)件的安裝質(zhì)量，避免在建筑工程后續(xù)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)安全事故或產(chǎn)生安全隱患。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計要點

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

（一）框架柱的交叉節(jié)點

工作人員要從工程實際出發(fā)，針對建筑鋼結(jié)構(gòu)中的各關(guān)鍵節(jié)點對其進行優(yōu)化設(shè)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(jié)點，在該類節(jié)點處有6根桿件進行相互連接，構(gòu)件截面尺寸最大可以達到1800mm×1800mm，節(jié)點板厚度最大值超過50mm。因此，選擇將栓焊連接節(jié)點作為鑄鋼節(jié)點顯然并不適用，為了有效增強節(jié)點區(qū)承載力，使其能夠至少達到構(gòu)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(shè)在節(jié)點內(nèi)部，以此有效達到節(jié)點強化的效果。通過將適量具有一定厚度的加勁肋設(shè)置在節(jié)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(shè)置加勁板等方式，可以進一步實現(xiàn)節(jié)點加強的效果。在本建筑項目中，為了實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的安全可靠，同時有效降低現(xiàn)場施工難度，工作人員最終在連接巨柱交叉主桿件時，設(shè)計使用全熔透焊接連接的方式，并要求焊接質(zhì)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(jié)點

本建筑高區(qū)轉(zhuǎn)換樓面和屋面的中間位置處設(shè)有抗風(fēng)桁架，其傾角為70°，總長度超過20m。在結(jié)合工程實際，并參照相關(guān)設(shè)計規(guī)定要求下，工作人員在連接屋面和抗風(fēng)桁架的節(jié)點設(shè)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(jié)點連接強度，工作人員選擇使用40Cr材質(zhì)的銷軸，這主要是由于該種材質(zhì)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(shè)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(wěn)定性。

（三）固接柱腳

GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版）的8.2.8的第5條規(guī)定，柱腳與基礎(chǔ)的連接極限承載力應(yīng)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(shù)，根據(jù)該規(guī)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(jié)語

總而言之，在建筑工程樓層越來越高、施工規(guī)模越來越大的發(fā)展形式下，混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用表現(xiàn)出了一定的滯后性。而強度更高的鋼結(jié)構(gòu)開始在建筑工程的施工過程中應(yīng)用，并發(fā)揮出了非常突出的優(yōu)勢。但是，只有加強建筑鋼結(jié)構(gòu)施工要點的控制，才能夠有效提升建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，促進建筑施工技術(shù)的發(fā)展與進步。

參考文獻：

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[2]孫浩文.淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工控制要點[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2019，（30）：1235.

作者簡介：

陸景園，蚌埠清泉水技術(shù)設(shè)計咨詢有限公司。