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構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)是保證多、高層鋼結(jié)構(gòu)安全可靠的關(guān)鍵部位，對結(jié)構(gòu)的受力性能有著重要的影響。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的是否合理，不僅會影響結(jié)構(gòu)承載力的可靠性和安全性，而且會影響構(gòu)件的加工制作與工地安裝的質(zhì)量，并直接影響結(jié)構(gòu)的造價(jià)。因此，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，必須予以足夠的重視。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)主要包括：梁與柱、梁與梁、柱與柱、支撐與梁柱、以及柱腳的連接節(jié)點(diǎn)（圖7-1）設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)原則

1、概述

（1）當(dāng)非抗震設(shè)防時(shí)，彈性設(shè)計(jì)；當(dāng)抗震設(shè)防時(shí)，彈塑性設(shè)計(jì)，而且節(jié)點(diǎn)連接的承載力應(yīng)高于構(gòu)件截面的承載力。

（2）對于要求抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)荷載起控制作用時(shí)，仍應(yīng)滿足抗震設(shè)防的構(gòu)造要求。

（3）強(qiáng)震作用下塑性區(qū)一般將出現(xiàn)在距梁端（柱貫通型梁-柱節(jié)點(diǎn)）或柱端（梁貫通型梁-柱節(jié)點(diǎn)）算起的1/10跨長或兩倍截面高度范圍內(nèi)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)驗(yàn)算下列各項(xiàng)：

1）節(jié)點(diǎn)連接的最大承載力；

2）構(gòu)件塑性區(qū)的板件寬厚比；

3）受彎構(gòu)件塑性區(qū)側(cè)向支承點(diǎn)間的距離

4）梁-柱節(jié)點(diǎn)域中柱腹板的寬厚比和抗剪承載力。

（4）構(gòu)件節(jié)點(diǎn)、桿件接頭和板件拼裝，可采用全熔透焊縫或部分熔透焊縫。遇下列情況之一時(shí)，應(yīng)采用全熔透焊縫：

1）要求與母材等強(qiáng)的焊接連接；

2）框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)段的焊接連接。

（5）焊縫的坡口形式和尺寸，應(yīng)按《手工電弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》和《埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》的規(guī)定或其它適用的規(guī)定采用。

（6）為了焊透和焊滿，焊接時(shí)均應(yīng)設(shè)置焊接墊板和引弧板。

（7）高層建筑鋼結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件或承力構(gòu)件（支撐）的連接采用高強(qiáng)度螺栓時(shí)，應(yīng)采用摩擦型連接，以避免在使用荷載下發(fā)生滑移，增大節(jié)點(diǎn)的變形。

（8）抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度螺栓連接的最大受剪承載力，應(yīng)按下式計(jì)算：

（9）在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)避免采用約束度大和易使板件產(chǎn)生層狀撕裂的連接形式。

2、連接方式

根據(jù)連接方法可分為：全焊連接（通常翼緣坡口采用全熔透焊縫、腹板采用角焊縫連接）、栓焊混合連接（翼緣坡口采用全熔透焊縫、腹板則采用高強(qiáng)度螺栓連接）和全栓連接（翼緣、腹板全部采用高強(qiáng)度螺栓連接），如圖7-2所示。

全焊連接：傳力充分，不會滑移。良好的焊接構(gòu)造與焊接質(zhì)量，可以為結(jié)構(gòu)提供足夠的延性。缺點(diǎn)是焊接部位常留有一定的殘余應(yīng)力。

栓焊混合連接：先用螺栓安裝定位，然后翼緣施焊，操作方便，應(yīng)用比較普遍。試驗(yàn)表明，此類連接的滯回曲線與全焊連接情況相近，但翼緣焊接將使螺栓預(yù)拉力平均降低10%左右。因此，連接腹板的高強(qiáng)度螺栓實(shí)際預(yù)拉應(yīng)力要留一定富裕。

全栓連接：全部高強(qiáng)度螺栓連接，施工便捷，符合工業(yè)化生產(chǎn)模式。但接頭尺寸較大，鋼板用量稍多，費(fèi)用較高。強(qiáng)震時(shí)，接頭可能產(chǎn)生滑移。

應(yīng)用：在我國的多、高層鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中，柱的工地接頭多采用全焊連接；梁的工地接頭以及支撐斜桿的工地接頭和節(jié)點(diǎn)，多采用全栓連接；梁與柱的連接多采用栓焊混合連接。

根據(jù)構(gòu)造形式及其力學(xué)特性（按約束剛度）可分為：剛性連接（剛性節(jié)點(diǎn)）、半剛性連接（半剛性節(jié)點(diǎn)）和柔性連接（鉸接節(jié)點(diǎn)）三大類型。

剛性連接：是指連接受力時(shí)，梁-柱軸線之間的夾角保持不變。實(shí)際使用中只要連接對轉(zhuǎn)動約束能達(dá)到理想剛接的90%以上，即可認(rèn)為是剛接。工程中的全焊連接、栓焊混合連接以及借助T形鑄鋼件的全栓連接屬此范疇。

柔性連接（鉸接）：是指連接受力時(shí)，梁-柱軸線之間的夾角可任意改變（無任何約束）。實(shí)際使用中只要梁-柱軸線之間夾角的改變量達(dá)到理想鉸接轉(zhuǎn)角的80%以上（即轉(zhuǎn)動約束不超過20%），即可視為柔性連接。工程中的僅在梁腹板使用角鋼或鋼板通過螺栓與柱進(jìn)行的連接屬此范疇。

半剛性連接：介于以上兩者之間的連接，它的承載能力和變形能力同時(shí)對框架的承載力和變形都會產(chǎn)生極為顯著的影響。工程中的借助端板或者借助在梁上、下翼緣布置角鋼的全栓連接等形式屬此范疇。

3、安裝單元的劃分

鋼框架安裝單元的劃分，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件重量、運(yùn)輸以及起吊設(shè)備等條件確定。

（1）當(dāng)框架的梁-柱節(jié)點(diǎn)采用“柱貫通型”節(jié)點(diǎn)形式（圖7-2、7-3a）時(shí)，柱的安裝單元一般采用三層一根；梁的安裝單元通常為每跨一根。

（2）柱的工地接頭一般設(shè)于主梁頂面以上1.0～1.3m處，以便安裝。

（3）當(dāng)采用帶懸臂梁段的柱單元（樹狀型柱單元）時(shí)，懸臂梁段可預(yù)先在工廠焊于柱的安裝單元上，懸臂梁段的長度（即接頭位置）應(yīng)根據(jù)內(nèi)力較小并能滿足設(shè)置支撐的需要和運(yùn)輸方便等條件確定。距柱軸線算起的懸臂梁段長度一般取0.9～1.6m。

（4）框架筒結(jié)構(gòu)采用帶懸臂梁段的柱安裝單元時(shí)，梁的接頭可設(shè)置在跨中。

梁與柱的連接

1、梁-柱節(jié)點(diǎn)類型

根據(jù)梁、柱的相對位置，可分為：柱貫通型和梁貫通型兩種類型，如圖7-3所示。

一般情況下，為簡化構(gòu)造和方便施工，框架的梁-柱節(jié)點(diǎn)宜采用柱貫通型（圖7-3a）；當(dāng)主梁采用箱形截面時(shí)，梁-柱節(jié)點(diǎn)宜采用梁貫通型（圖7-3 b）。

2、梁-柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求

剛性連接的構(gòu)造要求

框架梁與柱的剛性連接宜采用柱貫通型，可視受力和安裝形式，采用圖7-4所示的連接方式。

改進(jìn)梁-柱剛性連接抗震性能的構(gòu)造措施

其基本措施有兩類：一是削弱型，二是梁端加強(qiáng)型。前者通過在距梁端一定距離處，對梁上、下翼緣進(jìn)行切削切口或鉆孔或開縫等措施，以形成薄弱截面（圖7-14），達(dá)到強(qiáng)震時(shí)梁的塑性鉸外移的目的；后者則是通過在梁端加焊楔形蓋板或者加焊豎向肋板或者加焊梁腋或者加焊側(cè)板或者局部加寬或加厚梁端翼緣等措施，以加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)（圖7-15），達(dá)到強(qiáng)震時(shí)梁的塑性鉸外移的目的。

半剛性連接的構(gòu)造要求

梁-柱節(jié)點(diǎn)的半剛性連接常采用如下兩種構(gòu)造形式。

柔性連接的構(gòu)造要求

由連接角鋼或連接板通過高強(qiáng)度螺栓僅與梁腹板的連接（摩擦型或承壓型），可視為柔性連接。

3、剛性梁-柱節(jié)點(diǎn)的承載力驗(yàn)算

鋼梁與鋼柱的剛性連接部位，一般應(yīng)驗(yàn)算如下各項(xiàng)內(nèi)容：

（1）抗震框架節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算；

（2）連接焊縫和螺栓的強(qiáng)度驗(yàn)算；

（3）柱腹板的抗壓承載力驗(yàn)算；

（4）柱翼緣的受拉區(qū)承載力驗(yàn)算；

（5）梁-柱節(jié)點(diǎn)域承載力驗(yàn)算。

抗震框架節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算

（1）“強(qiáng)柱弱梁”型節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算

對于抗震設(shè)防烈度為7度及以上結(jié)構(gòu)，為確保“強(qiáng)柱弱梁”耐震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的實(shí)現(xiàn)，其框架的任一節(jié)點(diǎn)處，匯交于該節(jié)點(diǎn)的、位于驗(yàn)算平面內(nèi)的各柱截面的塑性抵抗矩和各梁截面的塑性抗抵矩應(yīng)滿足下式的要求：

（2）“強(qiáng)連接、弱桿件”型節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算

1）節(jié)點(diǎn)承載力驗(yàn)算式

對于抗震設(shè)防的多、高層鋼框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用柱貫通型節(jié)點(diǎn)時(shí)，為確保“強(qiáng)連接、弱桿件”耐震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的實(shí)現(xiàn)，其節(jié)點(diǎn)連接的極限承載力應(yīng)滿足下列公式要求：

連接焊縫和螺栓的強(qiáng)度驗(yàn)算

工字形梁與工字形柱采用全焊接連接時(shí)，可按簡化設(shè)計(jì)法或精確設(shè)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)主梁翼緣的受彎承載力大于主梁整個(gè)截面承載力的70%時(shí)，即，可采用簡化設(shè)計(jì)法進(jìn)行連接承載力設(shè)計(jì)；當(dāng)小于70%時(shí)，應(yīng)考慮按精確設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)。

柱腹板的抗壓承載力驗(yàn)算

在梁的上下翼緣與柱連接處，一般應(yīng)設(shè)置柱的水平加勁肋，否則由梁翼緣傳來的壓力或拉力形成的局部應(yīng)力有可能造成在受壓處柱腹板出現(xiàn)屈服或屈曲破壞，在受拉處使柱翼緣與相鄰腹板處的焊縫拉開導(dǎo)致柱翼緣的過大彎曲（參見圖7-20）。

柱翼緣的受拉區(qū)承載力驗(yàn)算

在梁受拉翼緣傳來的拉力作用下，除非柱翼緣的剛度很大（翼緣很厚），否則柱翼緣受拉撓曲，腹板附近應(yīng)力集中，焊縫很容易破壞，因此對于全焊或栓焊混合節(jié)點(diǎn)，當(dāng)框架柱在節(jié)點(diǎn)處未設(shè)置水平加勁肋時(shí)，應(yīng)對柱翼緣的厚度及其抗彎強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。

梁-柱節(jié)點(diǎn)域承載力驗(yàn)算

包括節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定和強(qiáng)度驗(yàn)算。

注意驗(yàn)算不滿足時(shí)的補(bǔ)強(qiáng)措施(見圖7-25和7-27)！