章榮輝 王光

鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

章榮輝 王光

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)也得到了廣泛的推廣及應(yīng)用，這使得鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也逐步得到關(guān)注，我們應(yīng)該進(jìn)一步做到科學(xué)性的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@直接的影響著鋼結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性。文章就是在此基礎(chǔ)上對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接特征進(jìn)行深刻的剖析，通過(guò)對(duì)大量的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)化使得鋼結(jié)構(gòu)的制作更加高效，連接節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)旨在提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

在整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，連接點(diǎn)的安全性是保證整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)整體性能與可靠性能的重要因素，直接關(guān)聯(lián)著制作安裝的整體的質(zhì)量和進(jìn)度控制，甚至整個(gè)建設(shè)周期的及成本。綜上我們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)深化需要更透徹，為今后的鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房基本特征

通常進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意到計(jì)算模型中的鋼結(jié)構(gòu)的連接方式，以及鋼結(jié)構(gòu)的傳力方式，這樣才能對(duì)整體結(jié)構(gòu)的受力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，此過(guò)程一般是采用相關(guān)的軟件進(jìn)行操作。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，依據(jù)傳力特征的差異性大致可將節(jié)點(diǎn)連接的方式分成剛接、鉸接以及半剛性連接。

剛性連接形式的剛度與優(yōu)缺點(diǎn)。剛性連接節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度以及剛度相對(duì)其他類型較高，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，受力性能很好，但是施工難度較大，而且構(gòu)造較為復(fù)雜。在鋼結(jié)構(gòu)大梁板連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，通常采用的是剛接形式進(jìn)行連接，主要的原因在于大板梁的加工制作過(guò)程中，承受的荷載較大，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大。

：鉸接連接形式的剛度與優(yōu)缺點(diǎn)。鉸接連接節(jié)點(diǎn)的柔性偏大，鋼梁僅需在腹板處采用高強(qiáng)螺連接，上下翼緣無(wú)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，而且鉸接的構(gòu)造形式相對(duì)簡(jiǎn)單，可以在很大程度上簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)的安裝以及操作流程，大大的降低了現(xiàn)場(chǎng)的勞動(dòng)量。這種方式不僅不會(huì)受到天氣的影響，還大幅度的提高了鋼結(jié)構(gòu)的安裝速度，但缺陷就是剛度和耗能較差并不利于整體結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震。

半剛性連接形式的剛度與優(yōu)缺點(diǎn)。半剛性連接節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度一直處于鉸接連接與剛性連接之間的，目前我們對(duì)半剛性連接節(jié)點(diǎn)的研究還不透徹，無(wú)法測(cè)算出其剛度值，也不能具體進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度無(wú)法確定，因此在現(xiàn)場(chǎng)的操作中并不采用此類連接方式。

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，如果將連接作為理想剛接或是鉸接，就可以大大的簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，但獲得的計(jì)算結(jié)構(gòu)和現(xiàn)實(shí)情況差距仍然較大，我們主要采取調(diào)整系數(shù)的來(lái)做到降低誤差的影響。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房結(jié)構(gòu)分析及節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則

我們以電力廠房的大板梁的加工制作過(guò)程為實(shí)例進(jìn)行分析，主廠房是由汽車機(jī)房、除氧間、煤倉(cāng)間三部分構(gòu)成，而且是全部的鋼結(jié)構(gòu)框架式廠房。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于起支撐作用的主節(jié)點(diǎn)，我們考慮到即使支撐桿件內(nèi)力較小，也應(yīng)該做到支撐桿件承載力設(shè)計(jì)值的二分之一；對(duì)于大板梁的鉸接節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，即使大板梁的剪力較小，也應(yīng)按照梁腹板的凈截面面積的抗剪承載力的設(shè)計(jì)值的二分之一來(lái)進(jìn)行連接設(shè)計(jì)測(cè)算。此外還需考慮到的是，對(duì)于大板梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)，需要按照大板梁的截面抗彎以及抗剪的承載力設(shè)計(jì)值進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，要單獨(dú)增加抗震處理，以此來(lái)減少支撐壓桿計(jì)算長(zhǎng)度的次支撐。

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)采取的措施

：高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。根據(jù)設(shè)計(jì)和受力要求的差異，我們將高強(qiáng)度螺栓分為承壓型和摩擦性兩種，通常在進(jìn)行摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪設(shè)計(jì)時(shí)，我們以外剪力能夠提供的最大摩擦力為依據(jù)，這樣就可以避免構(gòu)件之間發(fā)生滑動(dòng)導(dǎo)致變形。如果是進(jìn)行承壓型高強(qiáng)度的螺栓連接設(shè)計(jì)，只需考慮正常荷載作用環(huán)境下剪力低于最大摩擦力的情況。摩擦力可表現(xiàn)為動(dòng)力也可表現(xiàn)為阻力，這里就是動(dòng)力的表現(xiàn)，在進(jìn)行承壓型高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，要保證承載力小于摩擦性連接形式的1.3倍以此保證安全性與可靠性。規(guī)定結(jié)構(gòu)的平均荷載系數(shù)約1.3，荷載標(biāo)準(zhǔn)值的情況下，滿足這個(gè)要求的承壓型高強(qiáng)度螺栓就不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)了。

：全焊接點(diǎn)進(jìn)行連接。全焊接點(diǎn)連接是一種在當(dāng)前的高層鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用較廣泛的一種大板梁連接形式，這種方式連接比較方便，而且可以在一定程度上節(jié)約原材料，整體的剛性相對(duì)較大，在抗彎的鋼結(jié)構(gòu)中作用尤為突出。人們普遍認(rèn)為，大板梁加工制作的焊接點(diǎn)具有良好的韌性，可以采用塑性變形吸收地震的效力，以此來(lái)維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能。

為了保證結(jié)構(gòu)剛度不在增大，我們一般會(huì)在接頭處做些調(diào)整，合理的增加節(jié)點(diǎn)，這樣就可以保證一旦出現(xiàn)失穩(wěn)時(shí)，適當(dāng)?shù)南魅趿喊?，在大板梁上就可以形成塑性鉸。在操作過(guò)程中，應(yīng)做到盡量的減少結(jié)構(gòu)和焊接處應(yīng)力集中，除此以外，為不減小腹板的連接強(qiáng)度，要適當(dāng)?shù)脑黾庸に嚳?，這樣可以為焊接的操作過(guò)程提供更多便利，以此達(dá)到提高焊接的質(zhì)量的目的。

鋼結(jié)構(gòu)主廠房連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)大板梁的制作與加工

：大板梁模板的選取。大板梁的選擇十分重要，必須要有足夠的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性能，要能夠做到可以承載混凝土的側(cè)壓力才能進(jìn)行下一步的施工，這種荷載通常被稱為施工荷載，大板梁的側(cè)模進(jìn)行選擇時(shí)一般選用厚度較大的鋼模，端部模板制作也應(yīng)保證錨定墊板的方向垂直于鋼絞線。

：大板梁模板的安裝。未盡量的避免模板接縫時(shí)出現(xiàn)漏漿以及尺寸偏差較大，我們?cè)谶M(jìn)行模板的連接時(shí)一般采用螺栓連接并且加入泡沫膠，胎膜的側(cè)邊粘貼泡沫膠之后將模板與胎膜的側(cè)邊緊貼，然后用預(yù)埋的螺桿進(jìn)行再次固定，模板的上方需要放置與胎膜同寬的鋼筋或者是木條等來(lái)作為頂桿，將側(cè)模拉緊，端模固定于側(cè)模，錨墊板灌漿口朝上固定在端模上。

大板梁的混凝土澆筑。在進(jìn)行大板梁的混凝土澆筑之前，需要仔細(xì)的檢查鋼筋的品種、規(guī)格、數(shù)量等于設(shè)計(jì)要求是否相符，綁扎是否牢固，墊塊數(shù)量是否足夠，模板的尺寸強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性以及接縫是否嚴(yán)密，嚴(yán)禁出現(xiàn)模板內(nèi)部存有雜物，積水，鋼筋上有污漬等現(xiàn)象發(fā)生，出現(xiàn)時(shí)及時(shí)處理。

：大板梁的養(yǎng)護(hù)與拆模。大板梁的養(yǎng)護(hù)可以采用外涂養(yǎng)護(hù)劑或鋪設(shè)麻袋等覆蓋物來(lái)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，要做到大板梁的頂面以及側(cè)面始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)。在此過(guò)程中，晝夜溫差較大，有可能會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，也極有可能導(dǎo)致大板梁的開(kāi)裂，所以在進(jìn)行露天施工時(shí)，需要進(jìn)行搭設(shè)遮陽(yáng)以降低溫差變化帶來(lái)的不良的影響。

目前我國(guó)大規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)一步的加深了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的特性的了解，鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)影響著整個(gè)的施工群過(guò)程與經(jīng)濟(jì)效益，各企業(yè)積極的對(duì)施工機(jī)組的性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣對(duì)我們進(jìn)行下一步的研究和分析奠定了基礎(chǔ)，也有利于我們?cè)谖磥?lái)的研究課題中增強(qiáng)了信心。外模在拆除時(shí)，需要混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa,這樣才能保證在拆模時(shí)避免粘膜，混凝土不缺棱角為宜，以達(dá)到最大強(qiáng)度為目標(biāo)。

綜上我們?cè)谶M(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)主廠房的連接節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要做到對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體受力特點(diǎn)，適用受力條件等各方面的因素進(jìn)行全面的考慮，對(duì)相關(guān)性的問(wèn)題進(jìn)行深入細(xì)化，做到理論與實(shí)際相結(jié)合的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)，來(lái)保證整體鋼結(jié)構(gòu)在受力時(shí)安全高效合理，因此這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須做到熟練掌握結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。

上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司）