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多层钢框架结构梁柱节点的优化设计

2020-09-04 10:07:59

       摘要:钢框架结构是多层钢结构建筑中常用的结构体系之一,其中梁柱节点连接是保证钢结构安全的重要部位,节点设计是否恰当不仅影响到结构承载力的可靠性和安全性,还会对结构构件的加工制作与工地安装的质量造成影响。因此节点设计是整个结构设计的关键环节。
       关键词:钢框架结构;梁柱节点;优化设计
       1、多层钢框架结构梁与柱的连接
       多层钢框架梁与柱的连接可设计成铰接、半刚性连接或刚性连接。为了简化计算,在实际工程中通常假定梁与柱的连接节点为完全刚接或完全铰接。半刚性连接虽已取得一些成果,但在多层钢框架结构中的应用不多。连接方法多为焊接连接、摩擦型高强螺栓连接及栓—焊组合连接,栓—焊组合连接是指同一受力连接的不同部位分别采用摩擦型高强螺栓连接及焊接的组合连接,需注意的是同一力传至同一连接件上时,不允许同时采用又栓又焊两种方法连接。
       刚性连接节点的计算简化要考虑梁端内力向柱传递,梁翼缘承担梁端弯矩,而剪力完全由腹板来承担,同时梁腹板与柱的连接除了梁端剪力要进行计算外,还要验算腹板净截面面积的抗剪承载力;梁柱刚性连接的精确计算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和梁端的全部剪力。无论使用哪种计算方法,梁与柱在进行刚性连接时都要满足以下几点要求:梁翼缘和腹板与柱的连接在梁端弯矩和剪力的共同作用下应具有足够的承载力;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肋或水平加劲板;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板所包围的柱腹板区域在节点弯矩和剪力的共同作用下应具有足够的承载力和变形能力;按抗震设计的结构或按塑性设计的结构,采用焊缝或高强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有充分的转动能力。 〉〉建筑设计中BIM技术的应用 


钢框架结构优化设计-钢结构优化设计-多层钢框架结构梁柱节点的优化设计


       2、钢框架结构梁柱刚接节点连接
       2.1梁柱丁字形节点连接
       梁与柱丁字形连接,柱上焊有安装用支托,柱的腹板用横向加劲肋加强,如图1所示。这种连接刚度较大,但要求梁的长度必须精确,安装焊缝有仰焊缝,施工操作难度增大,焊接质量不易保证。
       2.2有T形加劲肋的梁柱节点连接
       梁与柱通过宽翼缘T形钢连接,如图2所示,T形钢起竖向加劲肋作用,尤其适用于十字形横梁的连接。T形钢可用工字钢在腹板上裁开而得,接头长度需大于横梁高度,可使柱的抗扭刚度得到加强,但节点耗钢量加大。
       2.3梁柱铰接节点连接
       梁与柱通过盖板和角钢连接,在柱的东西方向,通过盖板与梁翼缘连接以传递弯矩;通过竖直角钢与梁腹板连接以传递剪力。柱上焊有安装用支托,为避免仰焊,上部水平板应小于梁翼缘,下部水平板应大于梁翼缘。在柱的南北方向,盖板兼肋板与柱翼缘和腹板焊接,为避免仰焊,可在上部水平板中间开槽进行焊接。下部水平板下有竖向肋板作为支托承受剪力。梁与柱焊接前均有安装螺栓定位。 〉〉装配式建筑施工技术探析
       3、钢框架结构梁柱节点连接优化
       3.1整体布局考虑节点连接
       实际工程中多层钢框架结构建筑多采用双向刚性连接,这样可以加大结构自身的侧移刚度,减少抗侧移构件的内力,加强结构耗能机制,提高建筑物的延性,有利于结构抗震。但刚性节点连接构造复杂、施工安装工作量大、结构用钢量较多、经济效果不如铰接节点连接好,为解决这一问题,在框架结构的纵向梁柱做成铰接连接,纵向沿柱高设置竖向柱间支撑,其空间刚度和抗侧力均由支撑提供,另一方向做成刚性连接,如图4所示。该优化设计应用到实际工程后,节点构造简化,明显减少节点用钢量。
       3.2巧妙处理节点细部构造
       当柱两侧的梁高相等且采用刚性连接时,每个梁翼缘对应位置均应设置柱内加劲肋板,当柱两侧的梁高不等时,往往要对应梁翼缘设置柱内加劲肋板,这样不仅加劲肋板数量增加且加劲肋板间距小于150mm时可考虑调整柱两端梁的根部高度,将截面高度较小的梁腹板高度局部加腋,加腋部分翼缘坡度≤1:3。
       参考文献:
       [1]陆勇:《对钢框架结构节点设计的分析》[J]城市建筑,2013(14)
       [2]定静:《钢结构节点研究》[J]工程建设与设计,2009(04)


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