建筑钢结构节点分类及设计要点郭英

建筑钢结构节点分类及设计要点郭英

郭英

天津博迈科海洋工程有限公司天津300457

摘要：随着建筑行业的飞速发展，工程结构愈加复杂，施工材料种类越来越多样化。钢结构是一种典型的建筑结构类型。它主要是通过焊接和铆钉等方式来完成钢板材料的连接，由于钢结构施工简便，自身性能较好被广泛的用于现代大型建筑施工项目中。本文将介绍钢结构的节点简单分类，重点阐述钢结构节点设计的要点，希望对施工单位实际运用有所帮助。

关键词：建筑钢结构；节点分类；设计要点

引言

随着我国经济水平的提高和科学技术水平的进步，在建筑行业中不断扩大了对于钢材料等建筑结构的应用范围和规模。由于钢结构具有良好的延性和较高的质量，且安装施工十分方便，在现代建筑施工中被广泛的应用。在钢结构设计过程中，不仅要从结构整体出发，也要考虑细节，不能忽视节点的处理，连接节点的设计与建筑工程质量是息息相关的。这就要求建筑行业的设计以及施工人员要充分掌握连接节点的分类，以及钢结构节点设计的要点，才能更好的让钢结构在建筑施工中发挥其应有的作用，从而推动我国建筑行业的进步与发展。

1建筑钢结构工程的特点

1.1具有良好的抗震性

钢结构中钢材是主要的材料，其自身具有较强的塑形和韧性，让整个钢结构有了良好的抗震性，也在一定程度上延长了钢结构的使用寿命，在发生变形时不容易出现突然的断裂，同时，采用柔性的连接方式，也有助于其发生变形后主动复位，增强了其整体的抗震能力。

1.2较好的抗裂性能

在工程实践中，砖混结构的建筑受到温度的影响，墙体会出现裂缝，且在墙体发生开裂之后，其保温性能和防水性等都会下降，会直接影响到建筑物的使用性能；与此相比，钢结构抗裂性较好，钢材的强度较高，使用钢材建造的房屋能减少承重墙的数量，同时能有效减少裂缝的出现。

1.3良好的耐久性

钢结构的广泛使用，与木质等结构相比，其抗腐蚀性较强，这在一定程度上也提升了整体建筑的抗腐蚀性。数据表明，钢结构的耐久性是砖混结构等耐久性的1.5倍，且在使用中还具有良好的隔热性。

2建筑钢结构节点分类

2.1刚性连接节点

2.1.1梁的拼接

建筑钢结构中，梁的拼接方式主要有两种，一种是工地拼接，一种是工厂拼接。从刚度上来讲，工地拼接刚度要比工厂拼接刚度小一些，不过相较于工厂拼接，工地拼接更加简单，且质量也可以得到有效的保障。

2.1.2梁与柱的连接

通常情况下，柱与梁的连接采用的都是端板连接方式，就是在连接过程中，采用两个构件间的端板来实现构件的连接，其主要优势就是抗震性能强、强度高以及不用现场焊接等。

2.2铰接连接节点

通常使用双角钢，端板，单剪板，双剪板作为连接件，此情况下一般在加工厂将双角钢分别焊接在次梁腹板两侧，现场用螺栓把双角钢和主梁腹板相连。此时，仅焊缝群受偏心荷载作用，由于焊缝采用三面围焊，其承载力较大，因此当外荷载较大时，双角钢连接较为合理。当荷载较小时，端板连接简单可行，端板与梁端头或柱翼缘外皮工厂焊，现场用螺栓连接，端板达到一定刚度，可同时承受剪力和轴力。单剪板连接对于轻型次梁（槽钢）而言十分简便，单剪板与主梁一般采用螺栓连接或三面围焊，单剪板与次梁用螺栓连接，螺栓承受偏心荷载影响较大。当外荷载较大而螺栓单剪又不足以抵抗外荷载时，采用双剪板连接方式即可。单、双剪板连接适用于在主梁上无法紧固螺栓的场合。

2.3半刚性连接节点

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。

3建筑钢结构节点设计要点

3.1梁与柱连接节点的设计

（1）对梁与柱节点连接设计中承受力的要求。钢结构的框架中的柱属于贯通型的，考虑到抗震的设计，要求框架与支撑的梁柱采用刚连。一般分为梁柱直连或是梁与悬臂拼连，后者要求构件制作很精准。由翼缘带来的受弯承受力，应该大于梁的塑性受弯力的1.2倍；由腹板带来的受剪承受力，应高于梁端剪切力的1.3倍。

（2）对梁与柱连接节点中的抗震设计。连接节点的抗震设计具有一定的要求，包括全熔透的焊缝技术，加强柱与梁翼缘连接处的加劲肋的设置，还有对腹板角处的扇形切角的设置等。其中如果梁的全截面塑性模量高于翼缘的70%的时候，其腹板与柱的连接就要大于两列，最低也不能低于1.5倍。

3.2次梁与主梁连接节点的设计

建筑施工中，梁结构的连接方式主要采取的是焊接和螺栓固定的方式。螺栓的连接方式比较常见，操作也很简便，同时也能很好的固定各节点，保证梁与梁之间拼接的稳定性。在建筑施工过程能够很好地完成螺栓的固定。而焊接方式在实际操作中比较复杂，对于不同的节点需要不同的焊接方式。而且对钢结构的刚度要求较高，在梁的拼接上也讲求焊接工艺的水平。焊接节点通常在专门的工厂加工后才将成品用于施工现场梁的拼接。而在主次梁节点的连接中一般采用简支连接的办法。如果建筑对整体钢结构要求较高时也可以采取刚性节点的连接方式。

3.3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。

结语

钢结构广泛的用于建筑行业，提高了建筑行业建设质量，也使得钢结构节点设计技术水平得以不断提升。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：

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