李峰召 李賀林 王華民

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

保證多高層鋼結(jié)構(gòu)安全可靠的關(guān)鍵就是鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計，要使多高層鋼結(jié)構(gòu)按照“節(jié)點等強”或“強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計原則進行合理設(shè)計，才能保證多高層鋼結(jié)構(gòu)整體性和可靠性，從而確保多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全可靠，以及滿足使用需要。

1 節(jié)點設(shè)計概述

節(jié)點是結(jié)構(gòu)最薄弱的環(huán)節(jié)之一，是確定結(jié)構(gòu)計算模型的關(guān)鍵，節(jié)點的設(shè)計是否合理不僅直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性，還對結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、工程進度以及整個工程的造價都有直接的影響，所以處理好節(jié)點的連接至關(guān)重要。

2 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計原理

2.1 節(jié)點的連接方式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中最主要的設(shè)計方法是節(jié)點設(shè)計，它通常是指將鋼架的斷點處進行連接處理，最傳統(tǒng)的節(jié)點連接方式是對節(jié)點處進行高溫焊接，這種連接方式可以很好地對鋼架結(jié)構(gòu)進行延展，但是焊接的節(jié)點會相對沒有靈活性，剛性強，對于抗震方面來說，沒有震動緩沖導致抗震性較差，不能滿足現(xiàn)在建筑對于抗震能力的標準。另外，采用焊接的方式進行節(jié)點連接，通常使用全熔透技術(shù)。另一種節(jié)點連接方式是提前在鋼架上打孔，適合放進螺釘，進行螺栓連接，這種連接方式在現(xiàn)在的多高層建筑中使用的也很頻繁，雖然連接方式上比較簡單，但是由于使用的是螺栓連接，在打孔上成本較高，又由于螺栓與螺釘直接通過螺紋摩擦結(jié)合，所以在高強度震動時，螺栓會產(chǎn)生松動，形成很大的安全隱患，所以這種連接方式的抗震性能也很差。綜合來說，就產(chǎn)生了第三種將以上兩種方式相結(jié)合的栓焊混合連接方式，這種方式將兩種連接上的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，靈活性更強，在實際的工程操作中，要注意這種連接方式所承受的溫度范圍的影響。

2.2 節(jié)點連接設(shè)計要求

在多高層建筑的設(shè)計中，使用鋼結(jié)構(gòu)的連接方式最主要的問題在于鋼本身的特性會限制工程中鋼結(jié)構(gòu)的自由度，所以在連接上經(jīng)常使用節(jié)點連接方式，使用節(jié)點連接方式時，要注意連接設(shè)計的使用要求，首先在建筑施工上要能最大程度的提高工程的進度，且比較易于安裝，所以在鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接選擇上，螺栓的連接方式是最合適的選擇。當然，如果在工程中發(fā)現(xiàn)工程的設(shè)計比較復雜的時候，為了避免螺栓的松動，給工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來影響，造成很大的安全隱患，我們應該選擇用焊接連接節(jié)點的方式。除此之外，如果在工程中使用的預埋件或者其他構(gòu)件時也要選擇焊接節(jié)點連接的方式。

另外，多高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)還要滿足一個要求，即使用螺栓焊接混合連接方式的時候，必須要滿足兩種焊接方式結(jié)合所產(chǎn)生的力遠遠的大于整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的外力，這樣整體結(jié)構(gòu)才會更加的穩(wěn)定。除此之外，在必要的時候，對于工程設(shè)計中小構(gòu)件的處理，還可以使用混凝土進行最后的加固。

3 鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點設(shè)計應用

節(jié)點往往是多高層建筑中最薄弱的一個環(huán)節(jié)，節(jié)點設(shè)計的合理性，直接關(guān)系到整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以節(jié)點的選擇方式上必須要合理慎重。多高層建筑中常用的節(jié)點連接方式有：柱腳之間的節(jié)點連接，柱與柱之間的連接，柱與梁之間的節(jié)點連接，梁與梁之間的節(jié)點連接等。

3.1 梁與柱的節(jié)點連接

按照工程中節(jié)點施工工藝的要求，對于30 層以上的多高層住宅，通常采用的是梁與柱之間的節(jié)點剛性連接，特別是在地震高發(fā)地帶，為了避免強大的震動會使梁與柱之間的節(jié)點產(chǎn)生脆性破壞，通常設(shè)計人員應該注意設(shè)計中的塑性問題。常見的節(jié)點形式如圖1 所示。

圖1 梁與柱之間節(jié)點連接

從圖1 中我們可以清楚的看出，梁與柱之間的節(jié)點連接方式有三種，通常節(jié)點位置是在橫梁與柱體的接縫處，所以無論采用哪一種方式進行節(jié)點設(shè)計，都必須要考慮到節(jié)點連接后，翼緣部位的受彎承受力要比梁本身的受彎力大，這樣才能保證梁的重心穩(wěn)定，柱腹板的局部抗壓承載力也要高于梁端的剪切力。其中，進行梁端彎矩的計算時，所參考的標準是：

梁端彎矩：M=Mc-Vd/3 ≥0.7Mc

力偶：N=±M/h

對于管壁剪力的計算，國際“規(guī)程”中的(DL/T5085-1999) 也 有 標 準 的 公 式：T=0.6(Vmax/hjt)log(2ro/bj) ≤fv，bj=tw+2hj。

除此之外，現(xiàn)在的建筑施工尤其是多高層建筑，必須要考慮房屋的抗震性，所以在進行節(jié)點連接之后，還要對框架和起支撐作用的梁柱之間進行連接。

3.2 梁與梁的節(jié)點連接

梁與梁之間的節(jié)點連接，通常是指主梁與次梁之間的連接方式，主梁的作用通常是作為次梁的支座，對上方的次梁起到支撐作用，主梁與次梁之間的連接通常為鉸鏈連接，主梁作為次梁的支座，次梁可視作簡支梁，有時直接將主梁的豎向加勁板和次梁的腹板用螺栓連接起來，但是當次梁的截面積較小的時候也可以直接將其與主梁的腹板相嵌入，這兩種方式都可以統(tǒng)稱為主梁與次梁的簡支連接。

圖2 次梁與主梁的鉸鏈連接

然而，當次梁數(shù)量較多的時候，那么次梁在鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的跨度，包括承載能力都會比較大，在使用螺栓連接的方式成本就會比較大，且穩(wěn)定性較低，此時為了節(jié)約成本，次梁與主梁之間的連接方式通常直接使用剛性連接，其連接方式如圖3所示。

圖3 次梁與主梁的剛性連接

梁與梁之間的連接節(jié)點，除了主梁與次梁之外，還有一種是次梁與連梁之間的連接。這種連接方式最需要考慮的因素就是橫梁框架所帶來的側(cè)向壓力，為了避免橫梁的承受能力過大，而對整個結(jié)構(gòu)造成不穩(wěn)定的影響，在進行次梁與連梁的鉸鏈連接設(shè)計時，我們還要對橫梁設(shè)置一個起支撐作用的構(gòu)件，通常是在翼緣的位置增加一個側(cè)向的支撐。

3.3 柱與柱的節(jié)點連接

柱與柱之間節(jié)點的連接設(shè)計，通常從兩個角度考慮。一種是兩個柱體的截面積是相等的時候可以直接考慮在空中進行節(jié)點的焊接工作，通常兩個主體之間的距離應該保持在1.3m 左右，因為經(jīng)過考究這個距離對焊接操作人員來說是進行焊接操作時是比較方便的。這種情況下，最常采用的是等截面H 柱對接。另一種情況是，兩個柱體的截面不相等的時候進行節(jié)點連接，通常采用的方法是保持柱截面的高度不變，但是改變翼緣的厚度來平衡重心。在進行不相等截面柱體的節(jié)點拼接時要考慮上下柱體之間，重心偏移所產(chǎn)生的附加彎矩。為了保證多高層的穩(wěn)定性，無論是等截面還是不相等截面柱體之間的連接，均可在外部加上套管進行柱體的固定。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的節(jié)點連接

鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的連接通常指的是鋼結(jié)構(gòu)柱和混凝土梁之間的處理方式，其節(jié)點的處理分為三種情況：

(1)進行混凝土的澆筑時在混凝土梁上的特定位置預埋連接件，待混凝土澆筑完成柱體穩(wěn)固后，就可以直接與鋼梁焊接，通常采用螺栓連接或者焊接的方法。

(2)在澆筑混凝土之前，就先將鋼梁與混凝土梁內(nèi)的鋼筋進行連接形成一個完整的鋼梁框架，然后再進行混凝土的澆筑。

(3)如果是對舊建筑進行改造，則以上兩種方式都不再合理，此時可以選擇在混凝土梁上進行打孔，然后利用螺栓固定一塊鋼板或者安裝一個固定底座，最后將鋼梁固定或者焊接到底座上即可完成鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的連接。

3.5 鋼管柱與鋼梁的節(jié)點連接

除上述方法外，還有一種節(jié)點連接為鋼管柱與鋼梁的連接，生活中常見的為方鋼管混凝土柱與工字鋼梁節(jié)點連接結(jié)構(gòu)，包括方鋼管混凝土柱與工字鋼梁，其特征在于：工字鋼梁腹板貫通方鋼管混凝土柱，方鋼管混凝土柱內(nèi)設(shè)有內(nèi)設(shè)鋼板，內(nèi)設(shè)鋼板在方鋼管混凝土柱內(nèi)的放置方式為豎置，并和工字鋼梁的腹板平行，內(nèi)設(shè)鋼板邊緣和工字鋼梁的翼緣平齊。在節(jié)點的連接選擇上常用的兩種方式是焊接或者螺栓固定，前者屬于剛性連接，而后者屬于柔性連接，剛性連接成本造價低，但一旦完工再出現(xiàn)問題不容易維修，而螺栓連接雖然建造成本高，但維修方便。

4 結(jié)語

多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越受到人們的青睞，而保證多高層鋼結(jié)構(gòu)安全、實用、抗震效果好就需要從節(jié)點設(shè)計上牢牢把握好這個關(guān)鍵所在，既要符合多高層鋼結(jié)構(gòu)各項標準，又要滿足設(shè)計需要，而且還要經(jīng)濟合理，因此多高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計是一項長期的研究課題，需要技術(shù)人員、設(shè)計施工人員積極參與到節(jié)點設(shè)計中來，依照理論聯(lián)系實際將多高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計的更加合理。