试谈建筑钢结构节点设计要点

试谈建筑钢结构节点设计要点

高小欢

新疆冶金建设（集团）有限责任公司 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：随着经济和建筑行业的快速发展，钢结构作为建筑工程中较常使用的一种建筑结构形式，其涉及的节点类型多种多样。而钢结构节点设计直接影响着整体建筑结构的安全性、可靠性与牢固度，因此，在建筑结构设计中，相关工作人员有必要加强对建筑钢结构节点设计的重视力度。在这一背景下，本文将结合具体工程实例，通过参考相关研究资料，着重围绕建筑钢结构节点设计要点进行简要分析。

关键词：建筑工程；钢结构；节点设计；设计要点

引言

随着时代的不断进步，我国建筑领域得到了快速的发展，在建筑施工过程中合理应用钢结构，可以使高层建筑的许多问题得到妥善解决。钢结构与传统混凝土结构相比，其优势相对较大，可以有效缩短建造周期，提高建筑整体的抗风能力与抗震能力，同时建筑的维修费用相对较低，能使建筑工程的施工成本有效降低，明显提高整个工程项目的经济效益。因此，相关工作人员需要不断研究钢结构的节点设计，对其进行合理改进，不断提升钢结构整体的稳定性与可靠性。

1钢结构节点设计原则

在钢结构的节点设计中主要有三个设计原则，即强节点弱构件、强柱弱梁和强焊缝。在钢结构节点设计过程中，严格遵从这三种原则，可以有效强化钢结构框架支撑的承载力，还可以在建筑结构遭到破坏时，防止相关节点先于构件受到损坏，使建筑整体更加稳定。同时，还需要在钢结构节点设计过程中，结合实际进行设计，避免钢结构节点过强，使其存在一定的空间。在建筑遭遇地震时，可以使板件有效承载一定的变形，通过提高建筑钢结构的韧性，使建筑的安全性得到有效保证。强柱弱梁原则就是合理遵从建筑结构的屈服原则，合理应用提高架构韧性的方式，从而明显提升建筑的重力荷载。一般情况下，一层构架只能承载一层楼的重量，而框柱需要对盖层建筑及之上的重力进行承载，所以合理提升框架柱的承载力，可以使建筑整体的稳定性明显提升。因此，需要在构件焊缝的过程中，注重遵循强焊缝弱钢材的原则，使焊缝的承载力比板材构件承载力更高，有效保证构件屈服面顺利避开相关焊缝，在钢板中坚固地嵌入，从而有效提高整个框架构件的延展性。另外，为了有效提高侧力构件的抗震性，就需要加强关注构件出现的意外情况，注重节点螺栓的连接情况，保证节点螺栓的连接韧性比焊缝更高，还要在重要构件与节点的连接过程中，加强对高强度螺栓的选择与应用。

2工程概况

为有效说明建筑钢结构节点设计要点，本文选择以某地区的大型室内冲浪场为例。该室内冲浪场的总占地面积超过86000m2，建筑基础为典型的桩基础。建筑结构为钢结构，且其平面尺寸长度超过460m，为了避免出现建筑结构单体长度过长，导致结构受力十分复杂，设计人员提出需要将建筑本体和其下混凝土结构、停车楼、超市等相分离，同时设置分隔缝，将其划分成低、中、高三个区域。三个区域的平面尺寸依次为150m×150m、151m×（150~120）m、170m×（120~100）m。该建筑结构的最低与最高立面高度分别为40m与120m。在冲浪场的高区，其最大高差超过85m，楼面倾角超过25°，两侧结构具有较大水平刚度差。高区采用由钢筒体、框架梁柱等共同构成的框架结构。侧面大桁架的支撑力来源于设置在高区左侧两端的混凝土筒体，该混凝土筒体同时需要承担竖向荷载。中区跨度介于120~150m，低区跨度为150m，中区与低区均采用横纵桁架相结合的钢结构体系，图1展示的就是建筑高区的钢结构体系。

3建筑钢结构节点设计的方法与策略

3.1科学选择节点连接方式

考虑到该冲浪场结构特殊，节点尺寸最大可达1800mm×1800mm，构件厚度最大超过50mm，翼缘板的厚度相对较大，且在节点交汇处有众多杆件。因此，完全使用全焊接或全螺栓连接的节点连接方式均缺乏较高的适用性。例如：在该冲浪场K形节点中，当翼缘板厚度达到25mm时，使用全螺栓连接方式下，节点质量将会超过1300kg，而采用栓焊混合连接方式下，节点质量则不足800kg。本建筑中起连接作用的双夹板厚度普遍超过25mm，相较于栓焊混合节点，结构质量增幅明显更大，且需要众多高强螺栓。在实际进行施工安装时，结构构件需要保障极高的安装精度，施工难度相对较大，工作人员开展施工质量管理的难度也颇大。因此，经过综合考量，在该建筑钢结构节点连接方式设计中，相关工作人员最终选择以翼缘焊接为主，配合使用腹板螺栓连接的方式，同时适当外移连接段，防止出现焊缝交叉而出现焊接冷脆的情况。在有效控制节点用钢量的同时，也有助于避免结构自重过重而影响后续现场施工作业。

3.2建立模型分析节点受力

在建筑钢结构节点设计中，相关工作人员需要对各结构构件以及节点的受力情况进行准确分析，以此为基础有针对性地制定科学、合理的节点设计方案。为有效提升节点受力分析的准确性和分析效率，在该建筑项目中，工作人员设计采用专业的建模软件，根据工程实际建立三维模型，并对其进行有限元分析。在此过程中，工作人员在运用有限元软件完成建筑钢结构节点三维实体模型的建立后，对其进行四面体单元网格划分，并将节点模型中的相关信息数据直接导入至MIDAS软件中。利用该软件建立该建筑三维实体节点模型，再将该节点模型和结构计算分析构件相对应的线性模型进行耦合，从而运用有限元分析的方式，使得工作人员能够对节点实体模型边界及其具体荷载条件等进行准确把握。全方位地掌握建筑各区域变形情况与应力情况。

3.3梁柱间的节点设计

通常利用铰接、刚性或半刚性连接的方式连接梁柱节点。铰接就是利用柱与梁的剪力，从而转动夹角。刚性连接可以有效提高柱承受力，还可以传递弯矩力，半刚性连接可以使柱与梁的夹角在转动过程中不会出现变化，外界环境会在一定程度上影响这些连接方式，所以其难度相对较大。在对梁与柱进行节点连接的过程中，需要充分考虑总体钢结构框架。在选择连接方法的过程中，要重点关注梁与柱的连接，然后再考虑短梁的处理与拼接。可以利用螺栓连接的方式连接钢结构腹板，从而提高梁柱的相关承载力。另外，要在梁和工字截面柱的翼缘与截面柱直接相连的过程中，充分了解建筑构造，对V型切口的韧性进行检查。

3.4次梁与主柱间的节点设计

翼缘焊接加腹板高强螺栓的连接属于柱悬臂梁与梁的连接方式，铰接为次梁与主梁的主要连接方式，应严格遵循次梁的剪力设计要求，还要考虑偏心导致的弯矩。在高层建筑的防震设计过程中，为了有效防止框架横梁产生侧向弯曲，可以将支撑构件设置在框架横梁的翼缘加腋处，可以更加有力地连接梁翼缘与楼板，同时将隔撑设置在主梁下，就可以对两根横梁进行稳固的支撑。

3.5各个柱之间的节点设计

拼接就是各个柱间的连接，坡口对接焊缝和螺栓连接与焊缝相结合的连接为柱之间最常用的连接方式。通常情况下，钢结构都会应用工字型截面柱，有时还会应用箱型柱，要利用焊接成柱的方式，就要控制好相关焊接的柱角焊缝角度。

结语

钢结构在建筑施工过程中越来越受到人们的关注与认可，在建筑工程中加强钢结构节点设计，可以使建筑整体的稳定性有效提高，同时提升其承载力，进一步保障工程施工的整体质量。因此，相关人员需要加强对钢结构节点设计的合理应用，推动我国建筑事业的稳定发展。

参考文献：

[1]张世伟,王建,杜新红.浅谈钢结构深化设计及方案优化[J].企业科技与发展,2017(10):69-71.

[2]杨春丽,周茜,徐桀.钢结构住宅电气设计浅谈[J].智能建筑电气技术,2019(2):158-159.