多高层建筑钢结构梁与柱连接节点设计.pdf

第 3 O 卷 2 0 1 2 年第 5 期 总第 1 6 1 期 问题研究 多高层建筑钢结构梁与柱连接节点设计 王辉李丽王国武曹素清 鞍钢集 团工程技术有限公 司 鞍山 1 1 4 0 2 1 【 摘要】 分析 了建筑钢结构梁与柱连接节点的设计要求和方法， 强调了在设计中应遵守“ 强节点弱杆件” 的基 本原 则， 推荐 了两种改进 的梁与柱刚性连接节点 。 【 关键词】 梁与柱刚性连接节点 强节点弱杆件改进 De s i g n o f t h e J o i n t s o f S t r u c t u r a l S t e e l Be a m a n d Co l u mn f o r M ul t i - s t or y a nd Hi g h-r i s e Bui l d i ng s W ANG Hui ， LI L i ， W ANG Gu o - wu ， CAO S u -q i n g n s t e e l G r o u p E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 【 A b s t r a c t 】 I n t r o d u c e th e d e s i g n r e q u i r e m e n t s a n d m e th o d s ， i n p a r t i c u la r t h e b a s ic p ri n c i p l e o f t h e “ s t r o n g j o i n t s w e a k p o l e ”a n d r e c o m me n d t h e t w o t y p e s o f t h e i m p r o v e d r i g i d j o i n t s o f b e a m a n d c o l u mn ． 【 K e y w o r d s 】 R i g i d n o d e o f b e a m a n d c o l u m n ， s t r o n g j o i n t s w e a k p o l e ， i m p r o v e m e n t 1 前言 梁与柱 的连接按梁对柱的约束刚度 转动 刚 度 大致可分 为三类 即铰接连接 、 半 刚性连接 、 刚 性连接 。梁与柱 的铰接连接和半刚性连接实际上 多用于一些 比较次要的连接上 ， 而高层建筑钢 结 构框架梁与框架柱的主要连接应采用刚性连接 。 可见， 梁与柱刚性连接节点设计在多高层建筑钢 结构抗震设计 中占有非常重要 的地位 ， 且必须遵 守“ 强节点弱杆件” 的基本原则。 2 梁与柱的刚性连接 2 ． 1 设计要 求 1 梁翼缘和腹板与柱的连接 ， 在梁端弯矩和 剪力共同作用下 ， 应具有足够的承载力。 2 梁翼缘 的内力 以集中力作用 于柱的部分 ， 不能产生局部破坏。因此 ， 应根据情况设 置水 平 加劲 对 H形截面柱 或水平加劲 隔板 对箱形 或 圆管形截面柱 。 3 连接节点板域 。即由节点处柱翼缘板 和 水平 加劲肋 或水平加劲 隔板所包 围的板的部分 ， 在节 点弯矩 和剪力共 同作用下 ， 应具有足够 的承 载力和变形能力 。 4 抗震设计 的结构或按塑性设计的结构 ， 采 用焊缝 或高强度螺栓连接 的梁柱连接节点 ， 应保 证梁或柱的端部在形成塑性铰时具有充分的转动 一 58一 能力 。 2 ． 2 设计计算方法及连接方式 1 常用设计法 。即梁翼缘承担全部作用弯 矩 ， 梁腹板 只承担全部作用剪 力的假定 。通 常情 况下 ， 梁翼缘与柱 的连接多采用设有 引弧板 的完 全焊透的坡 口对接焊缝连接 ， 梁腹板 与柱 的连接 可采用双面角焊缝连接 ， 或摩 擦性 高强度螺栓连 接。 2 精确设计法 。是 以梁翼缘和腹板各 自的 截面惯性矩分担作用于梁端的弯矩 M， 以梁翼缘承 担弯矩 MF ， 并 以梁腹板同时承担弯矩 MW和梁 端全部剪力 V进行连接设计 的。通常情况 下 ， 梁 翼缘与柱的连接多采用完全焊透 的坡 口对接焊缝 连接 ， 而梁腹板与柱 的连接可采用双面角焊缝连 接 ， 或梁翼缘和腹板与柱的连接全部采用双 面角 焊缝 即沿梁端全周采用角焊缝 与柱相连 ， 后一 种通常是 由于梁端作用内力较小的场合 。 3 除 以上计算方法对应 的有各 自的连接方 式外 ， 还有另外一种梁端与柱 的连接方式 ， 即采用 带悬臂梁段 的全焊接连接 。由于梁端翼缘和腹板 全部是焊接 ， 其连接 的抗弯能力基本上等于或 只 是略低于梁 的全截面抗弯能力。 3 强节点设计的基本原则 要实现 “ 强节点弱杆件” 的 目标 ， 就必须在梁 问题研究 第3 0 卷2 0 1 2 年第5 期 总第 1 6 1 期 与柱 连接 节点设计 中 ， 不仅要对 罕遇地震 时节点 的极 限承载力进行 计算 ， 而且更应该对在 常遇地 震时弹性设计阶段的节点承载力进行计算 。 1 在弹性阶段 ， 梁柱连接处的抗弯能力必须 大于框架梁的抗弯能力。防止受大地震作用 时因 梁柱连接处可能存在 的某些缺陷导致框架横梁在 尚未 出现塑性铰之前 ， 节点连接就过早 的发生脆 性破坏。 2 在满足 上述原则后 ， 在 弹塑性阶段 ， 塑性 铰 必然将 离开柱面 向外移 ， 为此在弹性 设计阶段 就 应预测并人为控制塑性铰 的位置 ， 使该位置梁 截 面的最大弯 曲应力高于梁柱连接处焊缝 的最大 弯 曲应力 ， 以便在 大地震 时促使框架梁在 可能出 现塑性铰的部位 ， 其翼缘 在高应力下首先屈服 ， 产 生塑性变形 ， 形成塑性铰 ， 以达到耗散地震能量 的 目的 。 为了实 现以上两个基本原则 ， 就必须排除在 常规的等截面梁上未经任何加强或削弱就直接与 柱连接 的作法 ， 在构造上采取一些改进措施来满 足上述要求 。 4 构造改进措施 1 将梁端的上下翼缘局部加宽 梁端翼缘局 部加宽并采用带有悬臂式短梁的连接方式 ， 使粱 与柱采用质量容易得到保证的工厂焊缝连接 。同 时 ， 梁端翼缘局部加宽可提高梁端的抗弯能力。 2 在梁的下翼缘底部加腋 梁的下翼缘底部 加腋 的 目的是加 大梁在根部连接处 的抗弯能力 ， 加腋 的高度h y 在一般情况下只需 1 5 0 ～ 2 5 0 m m就足 以满 足基本原则 的要求 。此外 ， 通常钢结构都需 要做 防火涂层 和在 梁下 布置设置管道和管线 ， 需 要做 吊顶 ， 因此 ， 也不会因为加腋而影响建筑上的 使用和美观 。所以这样 的节点形式和加腋高度也 都是很容易被建筑师们所接受的。 5 结束语 在鞍钢 2 1 5 0 工程和鞍钢鲅鱼圈炼钢工程中的 转炉平 台及 电梯楼梯间设计过 程中 ， 就充分考虑 了梁与柱刚性连接的设计 原则 和方法 ， 并在构造 上实施了改进措施 ， 收到了良好的效果。 参考文献 【 1 】 中华人 民共和国建设部． G B 5 0 0 1 7 --2 0 0 3 钢结构设 计规 范． 中国建 筑x - ,_ Ik 出版社． 2 0 0 3 ． 【 2 】 李星荣， 魏才昂． 钢结构连接节点设计手册． 第2 版． 中国建筑工业 出版社 ． 2 0 0 5 ． 2 0 1 2 - 0 2 - 0 1 收稿 蠕0； 蛉0 ； 石 ； 蝓靖精0； 蚜 、 e s 婚 、 盼e 蜗 ； 材H 0 [ 上接第 5 7 页] 出相 同工况条件下的可比能耗数据进行综合对 比 考核 ， 得 到的节 能效果 都是 非 常 明显 扁 钢节 能 7 ％， 圆钢节能9 ． 9 ％， 方钢节能8 ．5 ％， 总平均节能率 7 ． 9 ％， 一年节约 2 3 1 - 3 万元。工程施工费用不到 5 O 万元 ， 当年 的回报率接近 5 倍。 6结论 1 消耗 能 源总量 比较少 ， 炉温 最高 温度 在 6 0 ℃以下 ， 对节能效果要求不严格的炉子可以选 用多晶莫来石纤维棉做内衬来实现保温功能。 2 消耗 能 源总量 比较 大 ， 炉温 最高 温度在 6 0 0 C以上 ， 对节能效果 要求严 格的炉子 ， 只 能用 新 型的 、 辐射效果好的材料做 内衬来实现节能效 果 。 3 任何节能材料都要经过现场实际应用 、 统 计对比、 试验才能得出最终准确的结论 。 参考文献 【 1 】 三宅辰 男_加 热炉 内壁热辐射理论 ， 1 9 7 8 ． 【 2 】 大辞泉． 松村 明． 1 9 9 8 ． 2 0 1 2 0 5 1 1 收 稿 一 5 9