曾振云

摘 要：多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋在遭受地震災(zāi)害影響后，梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重破壞問(wèn)題。因此在鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)中，必須遵循基本設(shè)計(jì)原則。此次研究主要是基于多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)，提出梁柱剛性節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價(jià)值。

關(guān)鍵詞：多高層房屋;鋼結(jié)構(gòu);梁柱剛性節(jié)點(diǎn);設(shè)計(jì)

在多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，梁柱剛性節(jié)點(diǎn)屬于重要設(shè)計(jì)內(nèi)容。當(dāng)前所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)圖紙中，梁端翼緣屬于全熔透的坡口對(duì)接焊，腹板包含單見(jiàn)受力的摩擦螺栓，連接位置翼緣板沒(méi)有進(jìn)行加強(qiáng)處理。因此梁柱連接僅考慮到受剪力問(wèn)題，沒(méi)有考慮到受彎問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算常用截面可知，在非抗震結(jié)構(gòu)中，抗側(cè)移動(dòng)框架梁體為工字型截面，強(qiáng)度等級(jí)為Q355。計(jì)算腹板時(shí)，應(yīng)用螺栓單剪連接方式，將梁端作用的彎矩設(shè)計(jì)值假設(shè)為梁截面可承受的最大彎矩設(shè)計(jì)值0.95倍，在分配腹板連接作用彎矩作用時(shí)。則按照腹板扣除螺栓孔的凈截面慣性矩和梁凈截面慣性之比;在計(jì)算腹板連接作用剪力時(shí)，按照腹板可承受最大剪力的50%，同時(shí)按照3倍螺栓孔間距進(jìn)行排列，此時(shí)需要應(yīng)用摩擦型螺栓，梁腹板與連接板在連接位置的摩擦系數(shù)達(dá)到0.55，表面應(yīng)用噴砂處理才可以滿足要求，在抗震連接中，連接抗力應(yīng)當(dāng)大于梁截面的最高抗力，腹板連接布設(shè)單剪受力螺栓，此時(shí)將無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)要求。

當(dāng)前所應(yīng)用的工字型截面梁中，如果處于彈性狀態(tài)，翼緣一般要承受80%的全截面抗彎承載力，腹板承受20%全截面抗彎承載力。上述方式對(duì)于采用摩擦型螺栓連接的梁柱節(jié)點(diǎn)而言，翼緣對(duì)接焊縫只可以承受與自身強(qiáng)度等級(jí)相同的彎矩。當(dāng)腹板連接沒(méi)有考慮彎矩問(wèn)題，則抗彎承載力僅為80%框架橫梁抗彎承載力。在具體施工期間，當(dāng)高空施焊環(huán)境差，且焊縫存在缺陷，則連接抗彎承載力只可以達(dá)到70%框架橫梁抗彎承載力，不滿足建筑抗震設(shè)計(jì)要求。

1、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)梁柱連接節(jié)點(diǎn)期間，為了滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱桿件”目標(biāo)，必須準(zhǔn)確計(jì)算地震災(zāi)害的節(jié)點(diǎn)承載力極限值，同時(shí)計(jì)算彈性節(jié)點(diǎn)承載力。在具體設(shè)計(jì)期間，需要滿足以下原則：

第一，在彈性狀態(tài)下，梁柱連接位置抗彎能力應(yīng)當(dāng)高于框架梁抗震能力。為了避免地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，由于梁柱連接位置的缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致框架橫梁沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸之前，節(jié)點(diǎn)連接出現(xiàn)脆性破壞問(wèn)題。

第二，在滿足上述原則后，在彈塑性狀態(tài)下，塑性鉸會(huì)逐漸移動(dòng)到柱面外，因此在設(shè)計(jì)期間必須預(yù)測(cè)塑性鉸的人為控制位置，確保高位置梁截面彎曲應(yīng)力，大于梁柱連接位置焊縫的彎曲應(yīng)力，便于在地震災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，框架梁可能存在的塑性鉸部位受到高應(yīng)力影響時(shí)，翼緣會(huì)最先屈服，從而出現(xiàn)塑性鉸，有效耗散地震能量。

2、改進(jìn)框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)措施

在設(shè)計(jì)改進(jìn)框架節(jié)點(diǎn)時(shí)，不僅可以應(yīng)用狗骨式連接節(jié)點(diǎn)，也可以應(yīng)用梁端局部增加梁截面方式，此種方式的原理與狗骨式連接節(jié)點(diǎn)比較類似，并且無(wú)需減小梁截面，可以有效提升連接位置的抗彎承載力，充分延展節(jié)點(diǎn)。梁端局部增加梁截面方式和狗骨式連接節(jié)點(diǎn)均可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且應(yīng)用優(yōu)勢(shì)高于狗骨式連接節(jié)點(diǎn)。由于狗骨式連接節(jié)點(diǎn)會(huì)減小梁翼緣截面，可以減小梁承載力，以此實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害條件下的梁體塑性發(fā)展，提升節(jié)點(diǎn)的延性。在具體應(yīng)用中，梁端局部增加梁截面方式無(wú)需改變梁承載力，也可以實(shí)現(xiàn)地震災(zāi)害條件下的梁體塑性發(fā)展，提升節(jié)點(diǎn)的延性。

2.1梁端翼緣焊接楔形蓋板

第一，按照標(biāo)準(zhǔn)原則，明確楔形蓋板和柱連接位置的截面面積，并且應(yīng)用準(zhǔn)確的連接計(jì)算方法，按照不同情況，明確蓋板界面劑：首先，翼緣和柱采用完全熔透對(duì)接焊方式，腹板與梁翼緣通過(guò)摩擦型螺栓相連接。將蓋板增加到梁翼緣后，焊接位置截面面積應(yīng)當(dāng)大于未加蓋板截面積;其次，腹板角焊縫可以承受最大彎矩設(shè)計(jì)值和地震效應(yīng)。組合剪力設(shè)計(jì)值，確保在角焊縫中可形成合剪應(yīng)力。

第二，按照梁組合彎矩圖紙的反彎點(diǎn)，明確楔形蓋板的截面尺寸，步驟如下：首先，在豎向荷載與水平地震組合影響下，明確框架梁塑性鉸位置。負(fù)彎矩圖近似直線，同時(shí)向跨內(nèi)傾斜，此時(shí)梁端獲得最大彎矩值，遠(yuǎn)離梁端的彎矩值比較小。其次，在明確塑性鉸位置后，按照梁上組合彎矩圖反彎點(diǎn)和柱邊間距，明確不同楔形蓋板在梁柱連接位置的截面積，以此確保彈性階段下，塑性鉸位置彎曲應(yīng)力大于梁柱了解位置的彎曲應(yīng)力。為了防止楔形蓋板截面積過(guò)大，需要在塑性鉸位置與梁端加設(shè)楔形蓋板位置，仿照狗骨式連接節(jié)點(diǎn)，適當(dāng)削弱梁翼緣。

2.2加寬梁端上下翼緣

通過(guò)局部加寬梁端上下翼緣，可以將加強(qiáng)板和翼緣板設(shè)置在同一平面內(nèi)，應(yīng)用懸臂式短梁連接方式，保證梁和柱應(yīng)用工廠焊縫方式連接，確保焊接質(zhì)量。

2.3梁端下翼緣加設(shè)腋梁

將腋梁加設(shè)在梁端下翼緣，可以明顯提升根部連接位置的抗彎能力，加腋高度控制在150mm-250mm即可。其次，鋼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行防火涂層施工，提升在梁下設(shè)置管線與管道，做好吊頂施工處理，在具體施工中，不會(huì)由于加腋梁而影響建筑美觀性，施工人員也比較青睞于此種加腋高度和節(jié)點(diǎn)形式。

3、梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

第一，在設(shè)計(jì)非抗震框架結(jié)構(gòu)時(shí)，針對(duì)帶有懸臂段框架梁節(jié)點(diǎn)，拼接位置的承載力必須按照梁中實(shí)際內(nèi)力和平面假定進(jìn)行設(shè)計(jì)，拼接位置抗彎承載力應(yīng)當(dāng)高于50%梁截面抗彎承載力。

第二，針對(duì)非抗震框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，梁柱剛性節(jié)點(diǎn)連接必須按照梁截面等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，如果在構(gòu)造內(nèi)截面中，梁內(nèi)力和梁截面承載力的差異比較大，則采用上述原則優(yōu)化節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)。

第三，針對(duì)帶有懸臂段框架梁節(jié)點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，為了便于后期運(yùn)輸，拼接點(diǎn)必須與柱邊距離比較短。在選擇拼接點(diǎn)時(shí)，可以選擇跨長(zhǎng)1/10位置與梁高塑性鉸區(qū)段周邊。其次，拼接承載力可以按照梁截面等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。然而對(duì)于狗骨式連接節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，則應(yīng)當(dāng)選擇梁翼緣削弱后的截面抗彎設(shè)計(jì)值，優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)拼接。

第四，在建筑抗震結(jié)構(gòu)中，梁柱剛性連接需要應(yīng)用加強(qiáng)式連接方式，或者可以應(yīng)用削弱翼緣的狗骨式連接節(jié)點(diǎn)。

4、未來(lái)展望

在建筑抗震結(jié)構(gòu)中，梁柱剛性連接位置抗彎承載力設(shè)計(jì)值，必須高于框架梁設(shè)計(jì)值，且二者之比應(yīng)當(dāng)高于連接承載力抗震調(diào)整系數(shù)—框架梁抗震調(diào)整系統(tǒng)比值。在房屋建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中，鋼結(jié)構(gòu)不劃分地震烈度，且建筑高度和結(jié)構(gòu)類型不同，所以會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)值取值不合理問(wèn)題。因此，在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)規(guī)范中分離節(jié)點(diǎn)連接抗震調(diào)整系數(shù)，按照不同地震烈度、建筑高度與結(jié)構(gòu)類型，采用對(duì)應(yīng)額建筑抗震等級(jí)，按照鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震等級(jí)，采用連接加強(qiáng)系數(shù)處理。

5、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)梁柱剛性節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要比對(duì)不同設(shè)計(jì)方案，合理應(yīng)用強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，優(yōu)化改進(jìn)框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)措施，掌握梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)，這樣才可以確保梁柱剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙俊釗，趙斌，匙文成.不間斷運(yùn)營(yíng)條件下裝配式鋼結(jié)構(gòu)在商場(chǎng)裝飾施工中的應(yīng)用[J].建筑施工，2020，42（03）：383-386.

[2]張磊，史瑞英，劉歷波.設(shè)計(jì)變截面交叉柔性力學(xué)的模型在裝配式鋼構(gòu)建筑梁柱預(yù)應(yīng)力中的分析[J].地震工程學(xué)報(bào)，2019，41（04）：873-879.

[3]吳水根，王玲玲，韓曉丹.BIM技術(shù)在多層裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用[J].建筑施工，2019，41（04）：691-693.

[4]商文念，吳瓊堯，劉小云，等.鋼結(jié)構(gòu)變電站配電裝置樓鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究[J].工業(yè)建筑，2018，48（06）：156-161.

[5]王海濤，張素清，霍靜思.狗骨式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的沖擊荷載試驗(yàn)研究和有限元分析[J].振動(dòng)與沖擊，2018，37（11）：107-114.