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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(duì)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(huì)影響結(jié)構(gòu)承載力的可靠性和安全性，而且會(huì)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(duì)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(zhǎng)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(huì)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(guó)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)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(dòng)約束不超過(guò)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(guò)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(duì)框架的承載力和變形都會(huì)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(shù)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(jiǎn)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(guò)在距梁端一定距離處，對(duì)梁上、下翼緣進(jìn)行切削切口或鉆孔或開(kāi)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(guò)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?jìng)?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(guò)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(lái)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(kāi)導(dǎo)致柱翼緣的過(guò)大彎曲（參見(jiàn)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(lái)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(duì)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(duì)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(jiàn)圖7-25和7-27)！

梁與梁的連接

1、構(gòu)造要求

主梁的接頭

主梁的拼接點(diǎn)應(yīng)位于框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)段以外，盡量靠近梁的反彎點(diǎn)處。工程中，常用全栓連接和焊栓混合連接兩種形式(見(jiàn)圖7-32)。

次梁與主梁的連接

次梁與主梁的連接一般采用簡(jiǎn)支連接（圖7-33、7-34）。當(dāng)次梁跨度較大、跨數(shù)較多或荷載較大時(shí)，為了減小次梁的撓度，次梁與主梁可采用剛性連接（圖7-35）。

主梁的水平隅撐

按抗震設(shè)防時(shí)，為防止框架橫梁的側(cè)向屈曲，在節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)段應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐構(gòu)件或水平隅撐(見(jiàn)圖7-37)。

梁腹板開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)

注意開(kāi)孔位置、孔口尺寸、孔口的補(bǔ)強(qiáng)及受彎和受剪承載力驗(yàn)算(見(jiàn)圖7-38)。

2、承載力驗(yàn)算

注意：當(dāng)用于抗震設(shè)防時(shí)，為使抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)符合“強(qiáng)連接、弱桿件”的設(shè)計(jì)原則，梁接頭的承載力應(yīng)高于母材的承載力

柱與柱的連接

1、接頭的構(gòu)造要求

2、柱接頭的承載力驗(yàn)算

注意：當(dāng)用于抗震設(shè)防時(shí)，為使抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)符合“強(qiáng)連接、弱桿件”的設(shè)計(jì)原則，柱接頭的承載力應(yīng)高于母材的承載力。

鋼柱柱腳

多層及高層鋼結(jié)構(gòu)的柱腳，依連接方式的不同，可分為埋入式、外包式和外露式三種形式。超過(guò)12層的高層鋼結(jié)構(gòu)宜采用埋入式柱腳，6、7度時(shí)也可采用外包式柱腳。對(duì)僅需傳遞豎向荷載的鉸接柱腳（例如伸至多層地下室底部的鋼柱柱腳），可采用外露式柱腳。