黃素華　周仁偉　高權(quán)澤

摘要：近年來，鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造得到了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先介紹了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的原則，分析了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的一般構(gòu)造，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從將塑性鉸的位置外移，以及梁冀緣焊縫襯板缺口效應(yīng)的處理等多方面，就鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的改進(jìn)進(jìn)行了研究，闡述了個(gè)人對此的幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑；細(xì)部設(shè)計(jì)；節(jié)點(diǎn)；構(gòu)造

前言

作為鋼結(jié)構(gòu)建筑細(xì)部設(shè)計(jì)的重要組成部分，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的掌控力度，從而通過合理化的措施與方法優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的整體效果。

一、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的原則

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有三強(qiáng)設(shè)計(jì)原則，主要包括強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱結(jié)構(gòu)原則、強(qiáng)柱弱梁原則、強(qiáng)焊縫原則，遵從三強(qiáng)原則對于鋼結(jié)構(gòu)框架支撐的承載力有強(qiáng)化的作用，從另一個(gè)角度說也可以有效防止建筑遭到破壞時(shí)節(jié)點(diǎn)的損壞先于構(gòu)件，確保整體性更加穩(wěn)固。從設(shè)計(jì)的實(shí)際情況出發(fā)也不能讓節(jié)點(diǎn)太強(qiáng)，要留出一定的空間確保建筑遭遇地震時(shí)板件能夠承載一定的變形，通過提高韌性確保建筑的安全性，“強(qiáng)柱弱梁”原則就是遵從建筑結(jié)構(gòu)的屈服原則，通過提高架構(gòu)韌性的方式提高建筑的重力荷載。通常情況下，一層的框架能夠承載一層樓的重量，框柱則需要承載蓋層建筑及之上的重力，因此提高框架柱的承載力有利于提高監(jiān)護(hù)整體的穩(wěn)定性，這就要求我們在進(jìn)行構(gòu)件焊縫時(shí)做到“強(qiáng)焊縫弱鋼材”原則，實(shí)現(xiàn)焊縫承載力高于板材構(gòu)建，能夠有效促使構(gòu)件屈服面順利避開焊縫，堅(jiān)固的欠于鋼板中，這樣整個(gè)框架的構(gòu)件延展性增強(qiáng)。除此之外，為了提高側(cè)力構(gòu)件的抗震性，要格外注重構(gòu)件出現(xiàn)的意外狀況，如塑性鉸部位的轉(zhuǎn)動(dòng)力與耗能，要防止豎向鋼經(jīng)受測力作用時(shí)支撐斜桿發(fā)生彎曲，在反復(fù)外力作用下多次彎曲會(huì)導(dǎo)致剛度退化，再如要注意節(jié)點(diǎn)螺栓的連接，連接韌性要強(qiáng)于焊縫，在重要構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)鏈接時(shí)要選用高強(qiáng)度螺栓。

二、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的一般構(gòu)造

1.全焊節(jié)點(diǎn)

1.1全焊節(jié)點(diǎn)連接形式

全焊節(jié)點(diǎn)連接：梁的上下翼緣用全熔透坡口對接焊縫，腹板用角焊縫與柱翼緣連接。翼緣對應(yīng)處應(yīng)加水平加勁肋，箱形柱內(nèi)應(yīng)設(shè)加勁肋隔板。加勁肋應(yīng)按與梁翼緣等強(qiáng)設(shè)計(jì)，其連接焊縫亦應(yīng)滿足等強(qiáng)傳力的要求。梁柱剛性連接中，梁端內(nèi)力向柱傳遞時(shí)，梁端彎矩主要由梁翼緣承擔(dān)，梁端剪力則主要由梁腹板承擔(dān)。

1.2全焊節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

在避免增加結(jié)構(gòu)剛度和接頭部位應(yīng)力集中的情況下，根據(jù)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的原則適當(dāng)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，在不發(fā)生失穩(wěn)的情況下，可適當(dāng)削弱梁。在梁上出現(xiàn)“塑性鉸”時(shí)，盡量減少結(jié)構(gòu)和焊接接頭部位的應(yīng)力集中，腹板上的工藝孔應(yīng)平滑過渡。

2.高強(qiáng)螺栓連接節(jié)點(diǎn)

2.1高強(qiáng)螺栓連接形式

高強(qiáng)螺栓連接節(jié)點(diǎn)：梁腹板與柱以高強(qiáng)螺栓現(xiàn)場連接，以傳遞軸力、彎矩與剪力。該種連接形式施工要求十分嚴(yán)格，但是對于結(jié)構(gòu)承受動(dòng)載十分有利，可簡化制造和安裝，特別是在高層和超高層鋼結(jié)構(gòu)以及承受動(dòng)載的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所有連接節(jié)點(diǎn)均采用高強(qiáng)度螺栓連接方式。

2.2高強(qiáng)螺栓連接的類型和受力特點(diǎn)

高強(qiáng)度螺栓受剪力時(shí)按照設(shè)計(jì)和受力要求的不同，可分為摩擦型和承壓型兩種。摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接在受剪設(shè)計(jì)時(shí)，是以外剪力達(dá)到板件接觸面間由螺栓預(yù)壓力使板件壓緊所提供的最大摩擦力為極限的。在設(shè)計(jì)摩擦型高強(qiáng)螺栓時(shí)，應(yīng)保證連接點(diǎn)在整個(gè)使用期間外剪力不超過最大摩擦力，即能由摩擦力完全承受，使板件間不會(huì)發(fā)生相對滑移變形，即螺栓桿和孔壁間始終保持原有空隙。連接件按彈性整體受力考慮。承壓型高強(qiáng)度螺栓連接在抗剪設(shè)計(jì)時(shí)只保證在正常荷載作用下，剪力一般不會(huì)超過最大摩擦力，其受力性能和摩擦型相同。若剪力超過最大摩擦力時(shí)，連接板件間將發(fā)生相對滑移變形直到螺栓桿與孔壁一側(cè)接觸，之后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間摩擦力共同傳力。

3.承壓型高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)

承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的計(jì)算：抗剪連接沿桿軸方向的受拉連接同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的承壓型高強(qiáng)度螺栓連接計(jì)算需按規(guī)范進(jìn)行。原規(guī)范中規(guī)定的在抗剪連接中以及同時(shí)承受剪力和桿軸方向拉力的連接中，作了承壓型高強(qiáng)度螺栓的受剪承載力設(shè)計(jì)值不得大于按摩擦型連接1.3的規(guī)定，主要是當(dāng)時(shí)對承壓型高強(qiáng)度螺栓的研究還不夠深入，尤其是缺乏使用經(jīng)驗(yàn)。我們采用承壓型高強(qiáng)度螺栓的承載力不超過按摩擦型計(jì)算的1～3倍確保結(jié)構(gòu)安全可靠。此外按規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)的平均荷載分項(xiàng)系數(shù)約為1～3，滿足此項(xiàng)要求的承壓型高強(qiáng)度螺栓在荷載標(biāo)準(zhǔn)值情況不致產(chǎn)生滑移，則對保證結(jié)構(gòu)的變形是有利的，但不能充分發(fā)揮承壓型高強(qiáng)度螺栓的效能；而采用承壓型高強(qiáng)度螺栓的前提是結(jié)構(gòu)中允許發(fā)生一定滑移變形的連接，這相當(dāng)于對承載力進(jìn)行了控制。

4.栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)

栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)：梁翼緣與柱翼緣完全采用坡口焊接，而梁腹板采用普通或高強(qiáng)螺栓與柱翼緣連接的形式。純螺栓或栓焊連接只是考慮現(xiàn)場施工方便，國外近期關(guān)于的地震破壞的資料表明，定位螺栓聯(lián)合焊接的方式將是高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)工程的首選。這種連接的優(yōu)勢在于不但可以保證節(jié)點(diǎn)屬于剛性連接，同時(shí)結(jié)構(gòu)可以承受動(dòng)力荷載，經(jīng)過反復(fù)加載后節(jié)點(diǎn)承載能力基本沒有降低。經(jīng)試驗(yàn)，這種形式的連接在經(jīng)過多次非常劇烈的反復(fù)加載后會(huì)突然斷裂，表明與柱子腹板的這種連接具有的延性較全焊接連接節(jié)點(diǎn)具有的延性稍差，但栓焊混合節(jié)點(diǎn)也能滿足工程抗震所要求的延性。

三、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的改進(jìn)探討

1.將塑性鉸的位置外移

塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近的梁上，可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應(yīng)變，并對焊縫金屬及其周圍的熱影響區(qū)提出較高的塑性變形要求，這些情況也可能導(dǎo)致脆性破壞。因此，為了取得可靠的性能，最好還是將梁柱連接在構(gòu)造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法，一種是將節(jié)點(diǎn)部位局部加強(qiáng)，一種是在離開柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為梁高的一半，當(dāng)對節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)時(shí)，可取塑性鉸位置為距加強(qiáng)部分的邊緣處梁高的1/3。節(jié)點(diǎn)局部加強(qiáng)固然也可使塑性鉸外移，但應(yīng)十分注意不要因此出現(xiàn)弱柱，有背強(qiáng)柱弱梁的原則。

2.梁冀緣焊縫襯板缺口效應(yīng)的處理

由于上翼緣焊縫處襯板的缺口效應(yīng)不嚴(yán)重，而且它對焊接和超探也沒有妨礙，出于費(fèi)用考慮，割除上翼緣襯板可能不合算，如果將上翼緣襯板邊緣用焊縫封閉，試驗(yàn)表明并無不利影響，因此美國現(xiàn)時(shí)做法是上翼緣襯板仍然保留并用焊縫封口。坡口焊縫的引弧板，在上下翼緣處通常都切除，因?yàn)橐『蜏缁√幫ǔ６加泻芏嗳庇脷馇星谐筮€需打磨，才能消除潛在的裂縫源。

3.選用有較高沖擊韌性的焊縫

焊縫沖擊韌性不足會(huì)引起節(jié)點(diǎn)破壞。那么焊縫究竟要有多大的沖擊韌性才能防止裂紋出現(xiàn)呢？美國提出，焊縫的恰帕沖擊韌性（CVN）最小值取-29℃時(shí)27J（相當(dāng)于-200F時(shí)20ft-1bs）是合適的，可以發(fā)展成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。在最近美國的實(shí)際工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊條的普通手工焊電弧焊已表明焊縫最小沖擊韌性可滿足上述要求，而采用E7018型藥芯焊條的“貼緊焊”焊縫沖擊韌性值更高，但都必須按AWS規(guī)定的焊接和探傷方法操作。

四、結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)建筑的細(xì)部設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的研究分析，對于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中，應(yīng)該加強(qiáng)對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視，并注重其具體構(gòu)造實(shí)施方案的系統(tǒng)性。

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