建筑钢结构节点设计要点分析刘松林

建筑钢结构节点设计要点分析刘松林

1中国石油集团工程技术研究有限公司;2中国石油渤海石油装备制造第一机械厂天津300451

摘要:钢结构是由钢制材料组成的。钢材材料是近代建筑施工的重要材料,它以其高质量和优良的延性被各行各业广泛运用。随着我国建筑项目的增多,建筑企业对钢材材料的需求更加旺盛。尽管该材料的延性能很好地满足建筑施工需要,但要想保证钢材的延伸性,还需要节点来帮助钢结构塑造更多建筑需要的形状。建筑钢结构节点更适宜现代建筑的设计需要,因此要做好钢结构节点设计,保证钢结构的承重能力和结构稳定性。

关键词:建筑;钢结构;节点设计;要点

一、建筑钢结构节点的分类

1、钢结构刚性节点

只有在建筑整体的连接节点创建完成后,节点的建筑功能才得以有效的发挥。刚性节点就是在建筑结构受力变形过程中梁柱夹角保持不变或变形微量的节点。为了建筑结构能够最大程度的承载建筑的质量,就需要钢结构的各节点与梁结构出现的角度不会有大的差别,也要控制好节点连接的稳定性和强度。

2、钢结构铰接节点

铰链是连接在两个物件之间的装置。铰链节点就是在钢结构的连接过程中,当刚性节点在连接主要梁和柱身之间只有垂直方向的剪力结构时,其不会使钢结构发生弯矩,铰链结构能自由的转动。铰链节点在施工过程中安装也比较简单,操作性和实用性较高。一般会在建筑的各个端部采用钢结构铰链节点来连接各个结构,以此来增强端部的承载力。

3、钢结构半刚性节点

半刚性节点是处于刚性节点和铰链节点之间,它既能够帮助钢结构塑造形态,还能承受弯矩的力量。半刚性连接介于刚性和柔性连接之间,必须具有一定的抗弯能力。可以有效的增强建筑的抗震能力。它的弯矩能力高于钢结构梁的承载能力。但就现实的施工设计来看,半刚性的节点设计有一定的难度,在现实设计中很少被广泛地应用。一旦设计不当,就会使得钢结构的弹性刚度加大,影响连接各构件的安全,对整个建筑的施工安全和使用安全有一定的危害。

二、钢结构设计原则

主要包括以下几点:(1)除疲劳强度计算使用容许应力法,其它的设计计算使用极限状态设计法进行,其设计基础是概率论。(2)全部的承载结构要结合两个状态进行设计计算,一个是承载能力极限状态,另一个是正常使用极限状态。(3)设计过程中要结合不同建筑特点,来对安全等级要求进行考虑,同时利用相关系数,将其在荷载效应计算进行体现。(4)在结合承载能力极限状态,设计结构构件或连接过程中,通常来说,要以适用条件为依托,考虑载荷效应的基本组合。(5)在正常使用极限状态时,要结合设计要求的不同,将不同的荷载组合进行应用。(6)疲劳强度验算过程中,要将容许应力法进行应用。(7)选择钢材时,要结合结构的受荷载情况、环境位置以及工艺等。(8)钢钟选择时,要对一系列指标进行关注,比如抗拉强度、屈服点以及碳含量等。

三、建筑钢结构设计要点

1、钢结构的选型

现阶段,建筑钢结构的类型有六类:(1)塔桅;(2)桁架;(3)索膜;(4)框架;(5)网架网壳;(6)轻钢。在选择类型的过程中,要结合建筑工程的具体施工情况而定。例如,对于网架结构来说,通常建筑物的跨度大、荷载轻时进行使用。对于巨型SRC柱以及钢筋混凝土混合结构来说,主要在建筑物的抗震条件较高时进行应用。钢结构设计过程中,要掌握当地的天气情况,倘若在冬季,要结合雪对建筑物的荷载,使建筑的屋顶载荷和重力坠落曲线与要求相一致。对于跨度大一些的建筑工程,钢结构设计过程中,要对建筑物的拉索、支撑物的设置进行考虑,使建筑物坍塌得以避免。不仅如此,钢结构选型过程中,还要对受力路线的清晰性进行结合,使受力分布均匀得以保证。

2、柱脚的设计

(1)埋入式柱脚。埋入式柱脚是将钢柱按要求固定在钢筋混凝土基础或基础梁中,然后浇灌混凝土,形成刚性固定基础。设计时假定:柱的轴心压力由埋在混凝土中的柱脚底板直接传给钢筋混凝土基础或基础梁;弯矩由焊在翼缘上的栓钉传给钢筋混凝土基础或基础梁或者由柱翼缘传给混凝土;柱脚水平剪力由埋入混凝土的钢柱的翼缘与基础或基础梁的混凝土的承压力来传递;不考虑埋入的柱脚与混凝土的摩擦力和粘结力。(2)外包式柱脚。外包式柱脚是将柱脚用钢筋混凝土包起来,其中钢筋混凝土包脚高度、截而尺寸和箍筋配置对柱脚的内力传递和恢复力特性有重要作用。H型钢柱的包脚高度可取为柱截而高度的2.2~2.7倍。其内力的传递一般采用以下假定:轴力压力由钢柱柱脚底板直接传给钢筋混凝土基础或墓础梁;弯矩由钢柱翼缘抗剪栓钉先传给钢筋混凝土,再传给基础或基础梁;水平剪力可山底板和混凝土之间的摩擦抵消一部分,再由包脚混凝土和水平箍筋同共承担。(3)露出式柱脚。露出式柱脚是钢柱的轴力、剪力和弯矩由柱脚底板和锚栓传递给基础,在底层钢柱形成塑性铰之前,不允许底板和锚栓发生屈曲或屈服,不允许基础被压坏。其特点是构造简单,但不易获得可靠刚性,需设置加劲肋和锚栓支撑托板。

3、设计钢结构的构件

在设计钢结构的过程中,最关键的一个内容就是设计构件。主要从三个方面入手:(1)选择构件材料,使得构件在挠度、变形满足规范要求的条件下,充分发挥钢材的强度优势。(2)构件本身的承载力计算,承载力分为构件强度计算以及构件稳定性验算。对于大跨度的构件一定要花大精力去研究构件的稳定性,确保构件在施工和施工过程中不会由于侧向失稳或局部板件屈曲造成的设计事故。(3)对钢结构的焊接进行控制。钢结构的焊接质量严重影响到钢结构整体的质量效果,设计说明要明确不同位置的焊缝质量要求及焊接工艺要求,使得节点部位确保与构件之间的等强连络。倘若钢结构的材质是特殊的,板材比较厚,同时屈服强度在420MPa以上时,想要使钢结构质量得以控制,就要结合接头形式,对焊接参数、坡口尺寸等进行设置,对接头焊接试件等进行检验、测试。想要使由于焊接热量过大使得钢结构变形得以避免,在钢结构焊接时,可以将CO2气体保护焊进行应用。在对工型、箱型杆件进行焊接时,可以使用埋弧自动焊,这样能使工作效率提升,保证焊缝质量。

4、钢结构节点设计

钢结构设计中重要的就是设计其节点。钢结构节点有三类:(1)刚性连接节点;(2)半刚性连接节点;(3)铰接连接节点。在设计节点的过程中,主要有四个方面的内容:(1)在焊接过程中,必须使焊缝尺寸、形式与相关标准相符合;(2)在对焊条进行选择是,一定要对它和金属材料的匹配性进行考虑;(3)一般来说,对于楼层高一些的建筑结构来说,连接传力螺栓就是高强螺栓,在连接高强螺栓时,要对孔壁的承载力进行全面的验算;(4)在施工过程中,要将施工顺序进行严格遵守。

结束语

对于不同钢结构连接不同的地方应该采取不同的节点连接方式。刚性节点、铰链节点以及非刚性节点都有其自身的连接优势,但在施工过程中要考虑到施工结构的不同,以促进建筑整体的结构稳定,抗震效果优良以及施工的可行性为出发点,灵活运用不同的节点设计来优化钢结构的整体构建,以保证钢结构施工和使用的质量和安全。

参考文献

[1]周均来.高层钢结构的质量管理要点[J].工程技术研究,2018(7).

[2]王泰康.关于目前高层建筑结构安全设计的若干问题探讨[J].科技创新与应用,2018(14).

[3]刘新娜.关于建筑结构安全度设计的研究[J].建材世界,2018(3)

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