1、多高层建筑钢结构节点的连接设计要点分析摘要：随着我国社会经济的快速发展，人民经济水平的不断提高，使得高层建筑规模不断扩大。多高层钢结构建筑结构的出现，有效的提高了建筑住宅的安全性，提高了建筑的土地资源利用率，促进了多高层钢结构建筑结构的健康发展。以此为出发点，本文就多高层建筑钢结构连接设计展开分析，分析了多高层建筑钢结构连接设计的特点，并提出了针对不同连接方式的设计要点，以期促进我国建筑行业的快速发展。 关键词：多高层建筑；钢结构；节点连接设计； 中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号： 0.引言 伴随着社会的进步，钢结构以其优良的材料特征在建筑业正日益受到广泛的关注。面对目前国
2、内大量住宅建设所造成的资源浪费、环境恶化等后果，建设部已多次倡导发展钢结构住宅，从而推动住宅产业的升级。同样，我国目前多高层钢结构连接设计也必须基于目前的工业化水平，本文研究的重点即是针对我国目前钢结构连接设计存在的不足，构建出一套适用性的多高层钢结构连接设计方法。以期为我国多高层钢结构住宅的发展做出微薄的贡献。 1.钢结构梁柱节点形式的选择 进行钢结构设计时，在结构分析过程中应想好用哪种节点形式，根据结构构件的选用，按照传力特征不同，选择节点分刚接、铰接还是半刚性连接。 （1）铰接连接节点，本身拥有极大的柔性。钢梁仅在腹板处采用高强螺栓连接，上、下翼缘无需进行现场焊接。采用铰接时构造简单，使
3、现场安装程序大为简化，现场作业量大大减小，现场安装可以不受天气及季节的影响，钢结构的安装速度大大提高。但是，铰接连接刚度和耗能性能差，对于结构抗风、抗震不利。 （2）刚性连接节点，具有很高的强度和刚度。其特点是受力性能好，但构造复杂，施工难度大。设计中梁柱节点一般是做刚接，这是由于梁柱节点承受的荷载一般较大而且还要抵御风荷载和水平地震引起的位移。（3）半刚性连接节点，刚度和强度介于铰接和刚接之间。我国钢结构设计规范中没有给出半刚性连接的具体计算和设计方案，而且节点转动刚度很难确定。这样的 节点形式在工程设计中一般很少采用。 结构设计中习惯的做法是把连接当成理想刚接或者铰接，这样做能够使计算大大
4、简化，得到的计算结果必然与实际存在偏差。目前，主要通过采用调整系数来减少这种偏差。 2.钢结构梁柱节点的连接方法 多层及高层钢结构连接节点可采用焊接、高强螺栓连接、焊接和高强螺栓混合连接。 2.1 高强度螺栓连接 多层及高层钢结构要承受风荷载的反复作用和地震的往复作用，梁柱节点应采用摩擦型高强度螺栓，不得采用承压型螺栓连接。螺栓连接由于安装简单迅速，便于维护和加固，目前已广泛用于桥梁结构、工业与民用建筑钢结构的连接中。 2.2 全焊型连接 焊接连接时疲劳敏感，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，产生焊接残余应力和变形，对结构工作产生不利影响，除因受力复杂，接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接
5、外，可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。 全焊型梁柱连接的优点及施工时注意事项。试验结果表明，全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接，具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中，设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强，不仅浪费材料，也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量；相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形，但由于梁翼缘难以形成塑性，也限制了节点的耗能能力。同时，节点域的塑性转动过大会增加框架的水平位移，对框架的整体受力不利。在这种连接中，梁上、下盖板边缘加工后与柱采用对接焊缝连接，盖板与梁的连接采用角焊缝，梁腹板与柱连接通过钢板或角钢而连在一起，钢板或角钢与梁腹板采
6、用角焊缝连接，钢板或角钢与柱采用对接焊缝连接。在施工时应保证对接焊缝的质量，对接焊缝必须焊透，梁上、盖板与柱对接焊缝的质量对梁柱刚性连接的滞回性能有很大的影响。特别是焊缝与柱翼缘的连接面应注意除油除漆，合理安排施工顺序。下翼缘的焊接引弧板如果留在构件上应将其与柱焊接，最好跟梁翼缘也焊在一起，以减小对接焊缝未焊透对梁柱连接受力的不利影响。 2.3 摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接 （1）焊缝的破坏强度高于高强螺栓的强度，抗滑极限强度，其比值宜控制在 13 之间；（2）不能用于需要验算疲劳的连接中；（3）其施工顺序，应根据板件的厚度，施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定，一般采用先栓后焊
7、的方式，此时高强度螺栓的强度应计算焊接影响，作一定的拆减；当采用先焊后栓且板间又不夹紧时，宜采用大直径螺栓，并需将螺栓的抗剪承载力设计值乘以拆减系数；（4）在静力荷载作用下，摩擦型高强度螺栓可以和侧角焊缝共同作用。在直接承受动荷载作用的连接中，则不能用这种连接，施工时一般采用先栓后焊的程序，并在设计中考虑温度影响将高强度螺栓的预拉力予以适当拆减。 3.钢结构连接节点在工程中的应用 欧美及我国广泛采用的梁柱刚性连接又可分为三类： （1）梁端与柱的连接全部采用焊接连接；（2）梁翼缘与柱的连接采用焊接连接，梁腹板与柱的连接采用摩擦型高强螺栓接；（3）梁端与柱的连接采用普通 T 形连接件的高强螺栓连接
8、。 在以上连接节点中，全焊连接型式是焊缝连接最充分的，不会产生滑移。从理论上讲，良好的焊缝质量和焊接构造可以提供足够的延性，但在实际施工过程中存在一定的困难，而且要求对焊缝进行比较严格的探伤检查。此外，焊接残余应力和残余变形也给实际结构带来不利影响；高强螺栓连接施工比较方便，但存在接头尺寸过大、钢材消耗较多。目前栓焊连接应用较为普遍，工地安装时，先用螺栓定位后对翼缘施焊，具有施工方便的优点。通过实验表明，其滞回曲线与全焊连接的滞回曲线接近，翼缘焊接对螺栓的预拉力有一定的影响，使螺栓预拉力降低，因此高强螺栓的实际应力应留有富余度。 梁柱连接节点的基本设计原则：节点必须能够完全传递被连接板件的压力
9、(或拉力)、弯矩和剪力等。在强震作用下节点的应力始终低于框架梁的应力，以保证在结构在罕遇地震时，处于高应力下的框架梁可率先进入塑性，发展成塑性铰，使钢结构的良好延性得到充分发挥来消耗地震能量，实现节点晚于构件破坏，即“强节点弱杆件”的设计思想。那么如何做到“强节点弱构件”设计原则呢?通常可采用塑性铰的粱端增强式连接(如节点加焊盖板等)或在离粱端不远处将梁的上下翼缘进行消弱的狗骨式连接。通过这些构造措施，来增强节点的延性，确保在较大的地震作用下，塑性铰出现在梁内，不出现节点破坏现象。 4.结语 综上所述，钢结构建筑已经历了多次强烈地震的考验，正如人们所预料的，钢结构的抗震性能远比混凝土结构优越。但是由于设计特别是构造上的不当，也发生了一些破坏，连接节点的破坏更是比较普遍。因此，节点设计是整个钢结构设计工作中的重要环节。 参考文献 1石永久,熊俊,王元清,施刚.多高层钢结构节点抗震性能试验研究新进展A.中国钢协结构稳定与疲劳分会,2011:12. 2徐红杰.多高层钢结构梁柱节点震害及抗震延性策略研究D.昆明理工大学,2011. 3完海鹰.钢结构半刚性连接体系理论分析及实验研究D.中国科学技术大学,2012. 4周杰.多高层钢结构住宅体系剖析D.浙江工业大学,2011. 5邱国桦.高层建筑钢结构节点连接的抗震设计J.建筑结构,2011,12:11-15+58.
