裝配式鋼結構梁柱節點研究

潘東岳

【摘要】裝配式鋼結構在目前的建筑設計中很常見，其相較于傳統的混凝土建筑的形式，性價比和穩定性都更具優勢，尤其是對于一些內部設計復雜的建筑施工，裝配式鋼結構能夠在保證質量的同時不影響速度，而梁柱節點部分是其中的重點部分。本文以裝配式鋼結構為出發點，詳細地研究了梁柱節點如何滿足當前施工的需求。

【關鍵詞】裝配式鋼結構;梁柱節點;研究

1.鋼結構與裝配式鋼結構

經過長期不斷改進和創新，我國的建筑行業已經發展到一個新的高度。而在對傳統的建造工程項目進行改進時，要充分結合當前的施工環境來思考問題，把最適合的項目結合到工程當中。鋼結構在目前的建造工程中很常見，其強度和實用性都與現代化的建造設計理念相契合。裝配式鋼結構與鋼結構的差別是很大的，盡管鋼結構是天然的裝配式結構，但鋼結構卻不一定都是裝配式建筑。傳統的鋼結構都是采用焊接的方式對梁柱進行施工，由于焊接處承載的壓力非常大，很容易會出現梁柱斷裂的狀況。裝配式鋼結構很好地解決了這一問題，施工時不會出現焊縫，并且穩定性也要遠超傳統的鋼結構。而且裝配式鋼結構的零部件可以批量化生產，不用再像之前那樣需要到處采購了，只需在現場進行組裝就能夠投入使用[1]。這樣極大地精簡了施工的環節，而且也使得建筑的拆卸變得更加方便。拆除下來的鋼材還能夠進行二次利用，貫徹了綠色環保的發展思想，推動了建筑行業的可持續發展。

2.裝配式鋼結構中梁柱節點的設計原則

2.1 強柱弱梁

強柱弱梁在現階段的施工中是很常見的，這種形式是在設計鋼結構的梁柱時，通過把柱體作為主要承重結構來減小梁部受力。考慮到柱體的承載力，施工人員一般都采取增加柱體的截面面積的方式，接觸面增加了承載范圍自然就得到了提升。而當外力到達一定的標準之后，就需要減小柱截面單位面積內承受的作用力，以此來讓主體能夠承受更多的力。施工人員一定要控制好主體的截面積，如果柱體截面超出了設計的范圍，會嚴重影響房屋原本的可利用面積。因此在進行裝配式鋼結構設計時，要從多個方面來進行考慮，根據房屋建造的實際需求確定柱體的截面積。

2.2 強節點弱構件

節點對于裝配式鋼結構是非常重要的，它是連接其中各個配件的主要部位。雖然節點的體積很小，但是它與裝配式鋼結構內部的鋼質部件相互連接，并且是整個結構受力的關鍵點。目前節點所承受的力可以分為以下幾種：剪切力、扭轉力和軸向力。復雜的受力體系會增加節點的工作，使其在高強度的環境中運行。如果節點的強度不夠好的話，就會出現該階段無法正常連接的情況，裝配式鋼結構的承重范圍也會因此受到影響。所以工作人員在進行施工環節時，要協調好節點與構件施工的關系，借助節點的強化來提升節點的承受力。需要注意的是要在不影響施工的條件下弱化鋼制構件，這樣能夠很有效地降低節點的受力程度，以此來保證節點在工作時的穩定性[2]。

2.3 節點域

節點域也是裝配式鋼結構中的重點環節，是現階段完成建筑工作的核心內容。它會在工作時承受來自多個不同方向的構件的作用力，也是當前裝配式鋼結構中最容易出現問題的環節。但是節點域在我國的裝配式鋼結構設計中并沒有受到重視，這也影響了我國建筑行業的發展進程。在節點域承受壓力超出范圍時，會出現結構斷裂的情況。在設計節點域之前一定要考慮到這一點，使其在工作時保持可塑性。塑性形變可以卸掉來自各個方向的力，節點域的穩定性會因此顯著提升。

3.裝配式鋼結構梁柱節點連接方式

3.1“工”字形柱與梁柱的節點連接

懸臂端梁是一種非常簡單的連接方式，其所需要的零部件可以在工廠批量生產，在施工現場就能夠完成拼裝環節。這種連接方式要事先計算好各項數值，懸臂梁的懸臂長度與拼接板的厚度都是很重要的，稍有不慎就會使節點無法正常運行。因此工作人員一定要切實負起責任，確定各項數值的精準性，以此來保證連接階段的剛度和穩定性。鋼框架與梁柱板之間的連接方式很重要，其在施工中的應用還是比較多的。通過把鋼框架與梁柱板連接在一起，可以計算出其彎矩和轉角的關系。而且在實際的施工當中要事先進行建模，這樣能夠保證設計方案的可行性，減少在施工中發生失誤的概率。可以把T型構件與L型構件組合在一起，實現可變梁高的梁柱節點連接。其中L型是構件比較多變，它能夠適用于承載節點受到的各種作用力。因此在對節點承載性進行考慮時，一定要注意L型構件的厚度是否滿足要求。T型構件與L型構件相差很大，它主要起到固定的作用，不直接參與到承載力的控制當中，因此它的強度也與節點的性能無關。如果想要有效提升節點的性能，就要控制好節點的下端板設計，它和節點承受力是相互影響的。因此工作人員要控制好節點的承載力，切實完成上述的幾個指標。懸臂端梁式的連接如圖1所示：

3.2 鋼管柱與梁柱的節點連接

圓柱與套筒的連接是在懸臂端梁的基礎建立的，它可以對外部套筒的厚度進行調整，然后以此對節點的承載力進行控制。這一連接方式出現得相對較少，只會應用在具有特殊要求的建筑結構中。這種方式可分為：焊接、栓接與混合連接環節，在精簡施工過程的同時保證了施工質量。對于高層建筑的施工來說是非常重要的，降低了竣工后返修的概率。這種連接方式還常常用于建筑的維修，對于建筑業的發展有著很深遠的影響。外套管式連接的結構是十字型的，其管壁的厚度與節點性能息息相關，其承載力也會跟隨其厚度的變化而變化。但是如果管壁的厚度超出范圍時，會因為因套管過重影響節點的性能。而內套管式連接相比之下就很麻煩了，它的施工周期非常地長，而且其施工效率也很容易受到外在因素的影響。但是這種方式的效果還是不錯的，它能夠非常有效地保證節點的各項性能。工作人員在施工時需要注意管壁的調控，大于柱壁厚度2mm時的效果是最好的。圖2是圓柱套筒連接的示意圖：

4.研究內容

從目前所連接的裝配式鋼結構出發，人們發現了一種帶法蘭盤的新型節點連接形式。為了從各方面證明其節點的受力性能，需要按照實驗要求增加兩組節點，分別為外環板式節點與焊接式節點。之后作為法蘭盤式節點性能進行對比，通過數據列舉出其優勢和劣勢。本文主要對承載力的實驗進行探究，對各類節點的性能進行相關的比較。工作人員在進行研究時，要將三組節點梁的連接均按等強度原則進行。通過懸臂拼裝的方式進行連接，新節點在柱的連接則是通過上柱底和下柱頂的法蘭盤通過螺栓進行連接。

5.節點研究方法概述

5.1 試驗測定法

在進行節點性能研究時，可以測得節點的彎矩-轉角曲線，這是現階段認可度最高的節點性能檢測方法。但是該方法存在的缺陷也很多，例如其實驗的數據會受到外在因素的影響產生偏差，從而導致實驗的最終結果不符合真實的情況。因此工作人員要反復進行實驗，以此來避免其中的偶然性。但是這樣會消耗大量的資源，其所產生的高額費用難以解決。

5.2 曲線擬合法

工作人員在對節點性能參數進行分析時，要注意把得到的曲線轉換為公式，這樣能夠便于設計人員進行使用。彎矩-轉角曲線能夠反映出很多的問題，是梁柱節點性能的真實寫照。但是在進行曲線擬合需要詳細的參數數據，因此要先通過多次試驗來獲取數值，然后才能進行相關的擬合環節。

5.3 塑性分析法

塑性分析法是在曲線擬合法的基礎上進一步研究，需要對于測得的數據進行檢驗，還要結合理論知識找出更精準的曲線。只有這樣才能夠還原真實的情況，全面地表現各個節點的性能。

5.4 解析法

解析法相比之下有所不同，一般是通過兩種不同的形式進行推導，表達彎矩-轉角曲線以及構件的荷載-變形表達式。然后通過與其他構件的計算進行整理，得到一種較為合理的擬合曲線。另一種形式采取的是單獨試驗的方法，在對數據進行整理之后得到相關的表達式，再利用協調計算求出節點的連接曲線。

6.結束語

建筑是人們日常居住和活動的場所，所以人們對建筑的設計是很重視的。而裝配式鋼結構在當前的建造施工中很重要，所以施工單位要高度重視裝配式鋼結構的，并對梁柱節點的連接進行深入性研究。這樣才能夠保證整座建筑內部結構的穩定，讓人們能夠放心地去使用和居住。本文介紹了幾種常見的梁柱節點連接方案，希望能為我國的建筑行業發展提供一點幫助。

參考文獻

[1]曹楊，陳沸鑌，龍也.裝配式鋼結構建筑的深化設計探討[J].鋼結構，2017（2）：72-76.

[2]倪真，趙越，劉學春，等.模塊化裝配式鋼結構桁架梁承載力性能研究[J].工業建筑，2018（8）：14-18.

（作者單位：上江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0102-02