隋炳強(qiáng)

(上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 201908)

1 普通梁柱節(jié)點(diǎn)加勁肋設(shè)計(jì)

1.1 加勁肋的構(gòu)造要求

1.1.1 加勁肋的基本要求

梁柱節(jié)點(diǎn)柱腹板橫向加勁肋應(yīng)滿足下列要求［1］:

1)橫向加勁肋應(yīng)能傳遞梁翼緣傳來(lái)的集中力，其厚度應(yīng)為梁翼緣厚度的0.5倍～1.0倍;其寬度應(yīng)符合傳力、構(gòu)造和板件寬厚比限值的要求。2)橫向加勁肋的上翼緣宜與梁翼緣的上翼緣對(duì)齊，并用焊透的T形對(duì)接焊縫與柱翼緣連接。當(dāng)梁與H形截面柱的腹板垂直相連形成剛接時(shí)，橫向加勁肋與柱腹板的連接也宜采用焊透對(duì)接焊縫。3)箱形柱中的橫向隔板與柱翼緣的連接，宜采用焊透的T形對(duì)接焊縫，對(duì)無(wú)法進(jìn)行電弧焊的焊縫且柱壁板厚度不小于16 mm時(shí)，可采用熔化嘴電渣焊。4)當(dāng)采用斜向加勁肋來(lái)提高節(jié)點(diǎn)域的抗剪承載力時(shí)，斜向加勁肋及其連接應(yīng)能傳遞柱腹板所能承擔(dān)剪力之外的剪力。

1.1.2 加勁肋的抗震要求

抗震設(shè)計(jì)時(shí)梁與柱的加勁肋構(gòu)造應(yīng)符合下列要求［2］:

1)柱在兩個(gè)互相垂直的方向都與梁剛接時(shí)，如果采用箱形截面且在梁翼緣連接處設(shè)置的隔板采用電渣焊時(shí)，壁板厚度不應(yīng)小于16 mm，小于此限時(shí)可改用工字形柱或采用貫通式隔板。2)工字形柱(繞強(qiáng)軸)和箱形柱與梁剛接時(shí)，加勁肋(隔板)厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度，強(qiáng)度與梁翼緣相同。

1.2 加勁肋的設(shè)置

箱形截面(鋼管)柱和梁采用剛性連接時(shí)，在柱內(nèi)梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置，宜設(shè)置水平隔板;當(dāng)箱形(鋼管)柱截面較小時(shí)，為了方便加工，也可在梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置，沿箱形(鋼管)柱外圈設(shè)置水平加勁環(huán)。當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)采用半剛性連接時(shí)，在鋼柱腹板上的鋼梁上下翼緣位置，均宜設(shè)置橫向加勁肋。當(dāng)抗震設(shè)防烈度不高于7度(設(shè)計(jì)基本地震加速度不大于0.1g)時(shí)，可僅在鋼梁下翼緣位置設(shè)加勁肋。

當(dāng)框架梁端垂直于工字形柱腹板與柱剛接時(shí)，應(yīng)在梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置柱的橫向加勁肋，加勁肋宜伸出柱外約100 mm，以免該加勁肋在與柱翼緣的連接處因板件寬度突變而破壞。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)梁與柱的連接構(gòu)造應(yīng)符合下列要求［2］:

1)柱在兩個(gè)互相垂直的方向都與梁剛接時(shí)宜采用箱形截面，在梁翼緣連接處設(shè)置隔板。隔板采用電渣焊時(shí)，壁板厚度不應(yīng)小于16 mm，小于此限時(shí)可改用工字形柱或采用貫通式隔板。當(dāng)柱僅在一個(gè)方向與梁剛接時(shí)，宜采用工字形截面，并將柱腹板置于剛接框架平面內(nèi)。2)工字形柱(繞強(qiáng)軸)和箱形柱與梁剛接時(shí)，應(yīng)符合規(guī)范要求。3)柱在梁翼緣對(duì)應(yīng)位置設(shè)置橫向加勁肋(隔板)，加勁肋(隔板)厚度不應(yīng)小于梁翼緣厚度，強(qiáng)度與梁翼緣相同。

1.3 加勁肋焊縫

梁與柱的現(xiàn)場(chǎng)連接中，當(dāng)框架梁端垂直于工字形柱腹板與柱剛接時(shí)，為避免在地震作用下框架往復(fù)變形時(shí)破壞，在梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的柱的橫向加勁肋與梁翼緣用全熔透焊縫連接，并應(yīng)避免連接處板件寬度的突變，腹板與柱連接板用高強(qiáng)度螺栓連接，其設(shè)計(jì)方法按《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第8.1.3條進(jìn)行。當(dāng)采用懸臂梁段時(shí)，梁段與柱全部焊接［3］。

在抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)中，工字形柱水平加勁肋與柱翼緣焊接時(shí)，因框架受水平地震往復(fù)作用要經(jīng)受角變形，宜采用坡口全熔透焊縫，與柱腹板連接時(shí)可采用角焊縫。當(dāng)梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接時(shí)，水平加勁肋與柱腹板的焊接則應(yīng)采用坡口全熔透焊縫［2］。

箱形柱隔板與柱的焊接，應(yīng)采用坡口全熔透焊縫;對(duì)無(wú)法進(jìn)行手工焊接的焊縫，應(yīng)采用熔化嘴電渣焊，并應(yīng)對(duì)稱布置，同時(shí)施焊。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)箱形柱在與梁翼緣對(duì)應(yīng)位置設(shè)置的隔板，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫與壁板相連。工字形柱的橫向加勁肋與柱翼緣，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫連接，與腹板可采用角焊縫連接。

1.4 不設(shè)加勁肋的情況

當(dāng)工字形梁翼緣采用焊透的T形對(duì)接焊縫而腹板采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓或焊縫與H形柱的翼緣相連，滿足下列要求時(shí)，柱的腹板可不設(shè)置水平加勁肋［1］:

1)在梁的受壓翼緣處，柱腹板厚度tw應(yīng)同時(shí)滿足:

其中，Afc為梁受壓翼緣的截面積;fc為柱鋼材抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;fb為梁鋼材抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;be為在垂直于柱翼緣的集中壓力作用下，柱腹板計(jì)算高度邊緣處壓應(yīng)力的假定分布長(zhǎng)度;hc為柱腹板的寬度;fyc為柱鋼材屈服點(diǎn)。

2)在梁的受拉翼緣處，柱翼緣板的厚度tc應(yīng)滿足:

其中，Aft為梁受拉翼緣的截面積。

2 支撐節(jié)點(diǎn)加勁肋設(shè)計(jì)

柱和梁在與支撐翼緣的連接處，應(yīng)設(shè)置加勁肋。加勁肋應(yīng)按承受支撐軸心力對(duì)柱或梁的水平或豎向分力計(jì)算。支撐翼緣與箱形柱連接時(shí)，在柱壁板的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置隔板。

試驗(yàn)表明，腹板的加勁肋只需與梁的腹板及下翼緣焊接，為了保證耗能梁段能充分發(fā)揮非彈性變形能力，應(yīng)在三邊與梁用角焊縫連接。其與腹板連接焊縫的承載力不應(yīng)低于Astf，與翼緣連接焊縫的承載力不應(yīng)低于此處為加勁肋的寬度，tst為加勁肋的厚度［3］。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，中心支撐節(jié)點(diǎn)梁柱與支撐連接處應(yīng)設(shè)置加勁肋;消能梁段與柱腹板連接時(shí)，消能梁段翼緣與橫向加勁板間應(yīng)采用坡口全熔透焊縫，其腹板與柱連接板間應(yīng)采用角焊縫(氣保焊);角焊縫的承載力不得小于消能梁段腹板的軸力、剪力和彎矩同時(shí)作用時(shí)的承載力［2］。

3 管節(jié)點(diǎn)加勁肋設(shè)計(jì)

3.1 鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)加勁

框架結(jié)構(gòu)中鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需設(shè)置柱身加勁橫隔時(shí)，可采用內(nèi)隔板式、外環(huán)式和隔板貫通式［4］。

1)內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn):對(duì)抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，隔板厚度不應(yīng)小于梁翼緣板厚度;對(duì)非抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，隔板厚度不得小于梁翼緣板的1/2?？拐鹪O(shè)防結(jié)構(gòu)的內(nèi)隔板與柱的連接應(yīng)采用全熔透焊縫。2)外環(huán)加勁板式節(jié)點(diǎn):環(huán)板厚度不應(yīng)小于梁翼緣板的厚度?？拐鹪O(shè)防結(jié)構(gòu)的外環(huán)板與柱宜采用全熔透焊縫;非抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)的外環(huán)板與柱的連接可采用與環(huán)板截面等強(qiáng)的雙面角焊縫;外環(huán)板與梁翼緣板的連接應(yīng)采用全熔透焊縫。3)隔板貫通式節(jié)點(diǎn):隔板鋼材強(qiáng)度應(yīng)取鋼管柱和梁翼緣板中屈服強(qiáng)度較高者，厚度應(yīng)滿足以下條件:大于梁翼緣厚度2 mm以上;也不小于，其中分別為梁翼緣板厚度、寬度和沿梁長(zhǎng)度方向的柱子截面高度;fyb，fy分別為梁翼緣板和隔板的屈服強(qiáng)度，且不宜小于柱子鋼管壁厚。節(jié)點(diǎn)處鋼管柱受有較大拉應(yīng)力時(shí)，隔板應(yīng)有必要的Z向性能要求。

隔板挑出柱側(cè)的長(zhǎng)度，當(dāng)柱子壁厚小于28 mm時(shí)可取25 mm，柱子壁厚大于28 mm時(shí)可取30 mm，但不宜大于50 mm。隔板與上下柱段的連接及與梁翼緣板的連接應(yīng)采用全熔透焊縫。

3.2 主管為圓管的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部加勁

主管為圓管的非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時(shí)，可按下列規(guī)定在主管管內(nèi)設(shè)置橫向加勁板［4］:

1)支管以承受軸力為主時(shí)，可在主管內(nèi)設(shè)1道或2道加勁板;節(jié)點(diǎn)需滿足抗彎連接要求時(shí)，應(yīng)設(shè)2道加勁板;加勁板中面宜垂直主管軸線，設(shè)置1道加勁板時(shí)，加勁板位置宜在支管與主管相貫面的鞍點(diǎn)處，設(shè)置2道加勁板時(shí)，加勁板宜設(shè)置在距相貫面冠點(diǎn)0.1d1附近，d1為支管外徑;2)加勁板厚度不得小于支管壁厚，也不宜小于主管壁厚的2/3和主管內(nèi)徑的1/40;加勁板中央開(kāi)孔時(shí)，環(huán)板寬度與板厚的比值不宜大于為加勁板的屈服強(qiáng)度;3)加勁板宜采用部分熔透焊縫;4)當(dāng)主管直徑較小，加勁板的焊接必須斷開(kāi)主管鋼管時(shí)，主管的拼接焊縫宜設(shè)置在距支管相貫焊縫最外側(cè)冠點(diǎn)200 mm以外處。

3.3 主管為方管的節(jié)點(diǎn)內(nèi)部加勁

主管為方管的非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時(shí)，可按下列規(guī)定在主管管內(nèi)設(shè)置加勁板［4］:

1)加勁板宜設(shè)置2塊，位于支管翼板(垂直主管軸線的板件)的下方;2)加勁板的構(gòu)造要求參照本文3.1條執(zhí)行;3)加勁板靠支管一邊與兩側(cè)邊宜采用部分熔透焊接，與支管連接反向一邊可以不焊。

3.4 主管外表面加勁

鋼管直接焊接節(jié)點(diǎn)可采用主管表面貼加強(qiáng)板的方法加勁［4］。

當(dāng)用加強(qiáng)板提高節(jié)點(diǎn)承載力時(shí)，加強(qiáng)板與主管應(yīng)采用四周圍焊。對(duì)K，N形節(jié)點(diǎn)焊縫有效高度應(yīng)不小于腹桿壁厚。焊接前宜在加強(qiáng)板上先鉆一個(gè)排氣小孔，焊后應(yīng)用塞焊將孔封閉。

4 節(jié)點(diǎn)加勁建議

1)橫向加勁肋應(yīng)能傳遞梁翼緣傳來(lái)的集中力，其尺寸應(yīng)符合傳力、構(gòu)造和板件寬厚比限值的要求。2)當(dāng)采用斜向加勁肋來(lái)提高節(jié)點(diǎn)域的抗剪承載力時(shí)，斜向加勁肋及其連接應(yīng)能傳遞柱腹板所能承擔(dān)剪力之外的剪力。3)工字形柱水平加勁肋與柱翼緣焊接時(shí)，宜采用坡口全熔透焊縫，與柱腹板連接時(shí)可采用角焊縫。當(dāng)梁端垂直于工字形柱腹板平面焊接時(shí)，水平加勁肋與柱腹板的焊接則應(yīng)采用坡口全熔透焊縫。4)箱形截面(鋼管)柱和梁采用剛性連接時(shí)，在柱內(nèi)梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置，宜設(shè)置水平隔板;當(dāng)箱形(鋼管)柱截面較小時(shí)，為了方便加工，也可在梁翼緣的對(duì)應(yīng)位置，沿箱形(鋼管)柱外圈設(shè)置水平加勁環(huán)。5)框架結(jié)構(gòu)中鋼管柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需設(shè)置柱身加勁橫隔時(shí)，可采用內(nèi)隔板式、外環(huán)式和隔板貫通式。6)鋼管結(jié)構(gòu)中主管非加勁直接焊接方式不能滿足承載要求時(shí)，可按規(guī)定在主管管內(nèi)設(shè)置橫向加勁板或在主管表面設(shè)加勁板。

［1］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JGJ 99-1998，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］CECS 280∶2010，鋼管結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.