金清書

[摘 要]當(dāng)前，由于鋼材具有延性好、輕質(zhì)高強(qiáng)和安裝方便等特點(diǎn)，建筑鋼結(jié)構(gòu)日益受到人們的青睞。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是否安全，對(duì)保證鋼結(jié)構(gòu)的整體性和可靠度、對(duì)制造安裝的質(zhì)量和進(jìn)度以及整個(gè)建設(shè)周期和成本都有著直接的影響。要保證高層鋼結(jié)構(gòu)按照“節(jié)點(diǎn)等強(qiáng)”或“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，才能保證高層鋼結(jié)構(gòu)整體性和可靠性。基于此，文章就建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)主要分類及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]建筑鋼結(jié)構(gòu)；節(jié)點(diǎn)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：S722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）04-0128-01

1.節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原理及要求

鋼結(jié)構(gòu)是由構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)組成，每一個(gè)構(gòu)件必須用節(jié)點(diǎn)來(lái)連接，從而使鋼結(jié)構(gòu)成為一個(gè)完整的整體，因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，節(jié)點(diǎn)的連接必須有明確的傳力路線和安全的構(gòu)造保證。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）連接的設(shè)計(jì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時(shí)的假定相一致；（2）結(jié)構(gòu)的荷載，內(nèi)力組合應(yīng)能提供連接的最不利組合；（3）連接的構(gòu)造應(yīng)傳力直接，各零件受力明確，并盡可能避免嚴(yán)重的應(yīng)力集中；（4）連接的計(jì)算模型能考慮剛度不同的零件間的變形協(xié)調(diào)；（5）構(gòu)件相互連接的節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能避免偏心，不能完全避免時(shí)應(yīng)考慮偏心的影響；（6）避免在結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生過(guò)大的殘余應(yīng)力，尤其是約束造成的殘余應(yīng)力，避免焊縫過(guò)度密集；（7）厚鋼板沿厚度方向受力容易出現(xiàn)層間撕裂，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。

其次是鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)符合制作、運(yùn)輸和安裝方便的原理。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)合理，必然便于施工和安裝，這對(duì)提高鋼結(jié)構(gòu)施工效率，降低生產(chǎn)成本具有積極的作用。而節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理，安裝起來(lái)必然會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，影響施工進(jìn)度，甚至是造成質(zhì)量問(wèn)題；因此在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上還應(yīng)該以簡(jiǎn)單、安全、快捷，便于施工為理論依據(jù)。

最后就是要核算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的成本，要通過(guò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)施工建設(shè)是否是最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，綜合考量節(jié)點(diǎn)所選取的類型，在工時(shí)與材料之間求的最佳平衡。因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還要做到定型化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2.剛性節(jié)點(diǎn)與半剛性節(jié)點(diǎn)

剛性節(jié)點(diǎn)是指結(jié)構(gòu)受力變形過(guò)程中梁柱夾角不變，半剛性節(jié)點(diǎn)是指結(jié)構(gòu)受力變形過(guò)程中梁柱之間產(chǎn)生不同程度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1 梁的拼接。梁的拼接一般分有螺栓連接和焊接，螺栓連接雖其剛度較比焊接較小，但是螺栓連接的制作卻非常簡(jiǎn)便，能保證質(zhì)量，?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，焊接剛度相對(duì)較大，適用于工廠拼接。梁的連接在工地常采用螺栓連接，主要包括適用于荷載較小的梁的連接和適用于荷載較大的梁的連接。

2.2 邊柱與梁的連接。邊柱與梁的連接通常情況下為剛性連接，它的連接方式一般較多采用端板連接，是利用構(gòu)件端部焊接端板與另一構(gòu)件的端板連接的節(jié)點(diǎn)形式。在建筑學(xué)內(nèi)，端板連接一般按板的放置方式的不同可劃分為端板豎放、端板斜以及放端板平放。

2.3 柱與柱的連接。在施工中，柱子和柱子之間的連接可據(jù)柱截面得變化程度劃分為變截面柱拼接和等截面柱拼接。一般柱和柱之間等截面焊接拼接，實(shí)際上是和梁的拼接是相一致的。

3.柔性節(jié)點(diǎn)

3.1 主梁與次梁的連接。在我國(guó)建筑施工過(guò)程中，處理主梁與次梁的連接采用比較多的方式是選擇簡(jiǎn)支連接，但是如建筑要求較高亦可選擇剛性連接。這種連接方式雖較為復(fù)雜但其對(duì)次梁不需進(jìn)行翼緣處理，因而這種連接方式也比較受建筑師們的青睞。

3.2 斜梁的拼接節(jié)點(diǎn)?？缍容^大的斜梁設(shè)計(jì)，為了便于施工運(yùn)輸常把斜梁分段設(shè)計(jì)，再在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼接。

3.3 桁架節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)。主要采用板節(jié)點(diǎn)連接，其節(jié)點(diǎn)連接處理簡(jiǎn)單網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)架屬空間桁架形式，是施工較為常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)，其受力性能較好，多應(yīng)用于民用建筑中。普通螺栓球節(jié)點(diǎn)是先將其置有高強(qiáng)螺栓的錐頭的兩端，再伸出錐頭上套有兩側(cè)開(kāi)有長(zhǎng)槽的無(wú)紋螺母，并以銷釘將螺栓與套筒連接為一體。

4.柱腳節(jié)點(diǎn)

柱腳在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要加強(qiáng)重視。實(shí)際工程中，因柱腳不穩(wěn)定造成工程事故的案例不勝枚舉。對(duì)于民用建筑，剛架所受的側(cè)向力較小，常采用鉸接形式。平板式鉸接因其受力合理、連接方便而成為鉸接的常用形式。帶有加勁肋的柱腳，都可用于荷載很大的情況，鋼管混凝土柱腳鋼管混凝土柱腳連接分為插入式和端承式。

5.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 判斷建筑物采用鋼結(jié)構(gòu)的適用性

鋼結(jié)構(gòu)并不是可以適用在任何建筑工程中的。因此，在設(shè)計(jì)建筑工程結(jié)構(gòu)之前，要結(jié)合建筑工程的實(shí)際情況以及建筑工程周遭的環(huán)境進(jìn)行合理的判別，以防止由于鋼結(jié)構(gòu)不適用于建筑中而導(dǎo)致后期建筑設(shè)計(jì)方案與實(shí)際工程施工不符，從而增加了施工的成本，降低了施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，在比較大型的廠房車間、抗震要求較高的建筑中適用鋼結(jié)構(gòu)是合理的。

5.2 考慮鋼結(jié)構(gòu)的變形限值

一般情況下，如果抗側(cè)力結(jié)構(gòu)選用的是鋼桁架制作組合而成的純鋼結(jié)構(gòu)，需要遵循以下原則：第一，如果是在地震環(huán)境下，要保證其頂點(diǎn)位移在1/300，而其層間位移要保證在1/250；第二，如果是在風(fēng)力作用的環(huán)境下，要保證其頂點(diǎn)位移在1/500，而其層間位移要保證在1/400。通過(guò)實(shí)際研究發(fā)展，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)選用鋼桁架制作組合而成的純鋼結(jié)構(gòu)會(huì)大大提高剛性指標(biāo)，進(jìn)而增加工程成本。

5.3 結(jié)構(gòu)體系選擇

當(dāng)建筑層數(shù)小于六層時(shí)，可以選擇框架體系或者框架-支撐體系；當(dāng)建筑層數(shù)大于六層時(shí)，可以選擇框架-混凝土剪力墻支撐體系或者是框架支撐體系。通常情況下，建筑物層數(shù)較高的時(shí)候，都會(huì)選用雙重結(jié)構(gòu)體系。目前，組成框架柱的主要有三種，即鋼骨砼柱、H型鋼柱、鋼骨砼柱和鋼管砼柱，鋼骨砼柱和鋼管砼柱是組合型的框架柱，而這種組合柱一般都適用于規(guī)模相對(duì)較小的多層、高層建筑中，以通過(guò)減少材料的使用而獲取更多的經(jīng)濟(jì)利益。在發(fā)生地震時(shí)，延性低的話，地震力大，反之地震力小，由于剪力墻的延性比鋼支撐要低，因此就抗震性能而言，鋼支撐結(jié)構(gòu)更好一點(diǎn)。而對(duì)于鋼支撐-砼剪力墻結(jié)構(gòu)而言，由于對(duì)其的抗震性能研究還不夠成熟，所以其抗震能力還不能夠確定。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑的特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)和篩選，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。

5.4 設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)

在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)最為關(guān)鍵的因素就是節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)可劃分為三大類，即上文提到的剛性連接節(jié)點(diǎn)、半剛性連接節(jié)點(diǎn)以及鉸接連接節(jié)點(diǎn)。在選擇節(jié)點(diǎn)時(shí)要依據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行選擇。在對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要關(guān)注以下方面：第一，在焊接時(shí)要嚴(yán)格遵守規(guī)定，即焊縫的尺寸大小與形式都要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；第二，在選擇焊條時(shí)，要考慮到其與金屬等材料的匹配性；第三，高強(qiáng)螺栓通常情況下作為樓層較高的建筑結(jié)構(gòu)的連接傳力螺栓，在對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接前要全面驗(yàn)算其孔壁的承載力；第四，嚴(yán)格遵循施工順序進(jìn)行施工。

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)高層建筑的施工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)具有許多鋼筋混凝土不具備的優(yōu)良特征，雖然鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)的高層建筑中的應(yīng)用較多，但對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用仍舊處于起步階段，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家仍舊存在差距，所以，相關(guān)的施工人員應(yīng)當(dāng)不斷探究鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方法，提高鋼結(jié)構(gòu)的施工水平，從而保證高層建筑的施工質(zhì)量，創(chuàng)造最大化的社會(huì)價(jià)值。

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