淺談吉林清真西寺鋼結構節點設計
發布時間：2012-07-25 共1頁
摘 要：本文闡述了吉林清真西寺鋼結構構件的連接形式、設計要求、連接方法、結構特點及典型的連接節點，為以后的鋼結構設計工作提供一定的借鑒。
關鍵字：鋼結構；節點設計
一、概述
鋼結構在吉林清真西寺工程中得到很廣泛的應用，鋼結構用作主結構鋼平臺，零星結構鋼平臺、樓梯、屏蔽隔板、管道設備支撐、走道、護欄、旋轉爬梯、臨時頂蓋、穹頂，幾乎所有鋼結構的連接都是采用高強螺栓和焊接進行。本文主要概述鋼結構連接節點的設計方法。
二、鋼構件連接節點的形式
按構件受力方式可分為：單剪連接、彎矩連接、扭矩連接，及其與軸向力的組合連接，支撐連接(包括水平支撐、垂直支撐、斜支撐)。按構件的連接方式可分為：單板連接、雙板連接、單角鋼連接、雙角鋼連接、端板連接。按構件與構件間的連接可分為：梁-梁連接，梁-柱連接及其分別帶有水平支撐和垂直支撐的連接，柱拼接(包括大小柱的拼接)。
三、鋼結構連接接點的設計要求
吉林清真西寺工程對鋼結構的加工和安裝要求決定了鋼結構的連接方式，按照業主要求，由于加工車間的焊接易于保證焊縫質量，而大批量的鋼構件既適于車間加工保證工程進度的要求，同時又便于現場安裝方便快速，因此決定在鋼結構的節點設計中，構件與構件之間的連接盡量采用螺栓連接，除非在那些使用螺栓連接將使整個節點變的非常復雜或被連接的構件尺寸較小、無足夠空間布置一定數量螺栓的情況下才采用現場焊接的連接設計。
對于節點設計的另外一個重要要求是連接螺栓和焊縫所能提供的力必須大于所給外力或被連接構件的最大承載力。此外對于和預埋件相連接的構件為使連接方便，并且便于處理預埋件定位偏差造成的影響，通常采用現場焊接。在澆筑混凝土時遺漏預埋間的情況下為便于鋼構件和混凝土的固定，采用HILTI膨脹螺栓和化學螺栓連接，是最常用的構件連接方法。
四、鋼結構連接節點的設計方法
A：簡支梁連接
梁-梁，梁-柱是鋼結構設計中的基本連接，一般采用簡支梁連接形式，可使用雙角鋼、端板、單板雙板連接。此狀況下一般將雙角鋼與次梁車間焊接，現場用螺栓將主梁腹板與雙角鋼連接。
在此連接狀態，螺栓不受偏心載荷，而焊縫受到偏心載荷的作用，由于焊縫采用三面圍焊其抗彎能力較高，因此，在較重載荷的情況下，一般采用雙角鋼連接。相對而言，螺栓承受了附加偏心載荷。在另外一些場合，如載荷較大并且次梁與主梁成一定的角度時，將鋼板彎折成相應的角度，形成類似于雙角鋼的連接。如果載荷較小，可采用較簡單的端板連接，在此類連接中，適當增加端板板厚，可承受剪力和軸向力的組合荷載。時對于主次梁不是正交的情況下，端板連接在加工工藝性上的優點比雙角鋼連接更好。
單板連接對于連接槽鋼等類的次梁而言是非常簡便的，盡管螺栓受偏心載荷，只要螺栓的承載力大于外載荷，而單板于主梁的焊縫一般采用三面圍焊，其受力狀態較好。如果由于上下翼緣切割腹板需要加筋時，只需要在單板的另一側即腹板內側焊接一加勁板。
雙板同樣適用于在主梁上無法緊固螺栓的場合，當外載荷較大而螺栓單剪又不足以抵抗外載荷時，采用此連接方式。其缺點就是螺栓及梁均受偏心載荷的作用，需要比較復雜的計算程序進行螺栓在剪力及彎矩綜合作用下的驗算。決定連接節點設計的重要因素是設計載荷的選擇，根據鋼結構設計規范CSA16.1，設計載荷與被連接梁的抗彎截面系數，梁的屈服強度，及梁跨距有關，當跨距較小時（〈2M〉，其值取梁腹板抗剪力之半，設計載荷的最大值應不超過梁腹板的抗剪力。一般情況下，設計載荷Vf=4M/L2其中：L為跨距，M為梁最大抗彎矩（M=0.9SxFy（kN.m））。
B：彎矩連接(剛性連接)
當被連接梁處于懸臂狀態或要求采用全強度連接時，必須采用彎矩連接，連接接頭中，腹板承受剪力，上下翼緣承受軸向拉力和壓力。彎矩連接是非常復雜和費用較高的連接，由其節點設計的復雜程度所決定。一般情況下，對腹板可采用雙角鋼或端板連接承受剪力，上下翼緣的拉力或壓力可通過連接板與次梁上下翼緣用螺栓連接。在上翼緣鋪蓋鋼格柵時，一般不宜采用上翼緣用連接板的方式，而采用帶墊板的現場全焊透方式進行連接，這樣既節省了高強螺栓的使用，又使連接變得簡單。一重型梁與柱的彎矩連接所采用的連接就說明了這一點，如圖五所示，為了使上下翼緣的軸向拉、壓力不致使柱的單側翼緣承受，此節點中在次梁上下翼緣方向，使用了四塊加勁板以抵抗次梁沿翼緣方向的軸力，阻止柱翼緣的局部變形，使柱受力均勻，減少次梁上下翼緣和柱翼緣接觸的應力集中，由于在該連接中，梁翼緣傳遞的軸向力較大，增加一斜向加勁板及在連接雙板上加勁以使柱翼緣的受力更加均勻。
對于較小載荷的梁柱彎矩連接，可采用端板連接的方式進行，在此類連接中次梁上下翼緣及腹板均與端板焊接，用螺栓將端板與柱翼緣或腹板連接，但端板必須有足夠的厚度以抵抗次梁翼緣板的軸向力。焊縫可根據次梁翼緣板的厚度或外載荷的大小選擇角焊縫或全焊透坡口焊。主次梁彎矩連接，一般情況在主梁腹板焊一連接板與次梁下翼緣用螺栓連接，主梁上翼緣與次梁上翼緣采用帶墊板的現場全熔透焊，腹板之間的連接可采用雙角鋼或端板用螺栓進行連接。
C：斜支撐連接
斜支撐按其連接形式可分為鋼結構樓面層的水平支撐和柱間垂直支撐連接。連接主梁和柱間的垂直支撐在結構中通常起結構橫向穩定的作用，將主梁的重力載荷傳遞給柱或地面，另一類垂直支撐即是桁架上下弦桿間的斜向支撐，將上下弦桿之間的力互相傳遞。連接主梁和次梁沿水平方向布置的斜向支撐主要提供結構的側向穩。
關鍵字：鋼結構；節點設計
一、概述
鋼結構在吉林清真西寺工程中得到很廣泛的應用，鋼結構用作主結構鋼平臺，零星結構鋼平臺、樓梯、屏蔽隔板、管道設備支撐、走道、護欄、旋轉爬梯、臨時頂蓋、穹頂，幾乎所有鋼結構的連接都是采用高強螺栓和焊接進行。本文主要概述鋼結構連接節點的設計方法。
二、鋼構件連接節點的形式
按構件受力方式可分為：單剪連接、彎矩連接、扭矩連接，及其與軸向力的組合連接，支撐連接(包括水平支撐、垂直支撐、斜支撐)。按構件的連接方式可分為：單板連接、雙板連接、單角鋼連接、雙角鋼連接、端板連接。按構件與構件間的連接可分為：梁-梁連接，梁-柱連接及其分別帶有水平支撐和垂直支撐的連接，柱拼接(包括大小柱的拼接)。
三、鋼結構連接接點的設計要求
吉林清真西寺工程對鋼結構的加工和安裝要求決定了鋼結構的連接方式，按照業主要求，由于加工車間的焊接易于保證焊縫質量，而大批量的鋼構件既適于車間加工保證工程進度的要求，同時又便于現場安裝方便快速，因此決定在鋼結構的節點設計中，構件與構件之間的連接盡量采用螺栓連接，除非在那些使用螺栓連接將使整個節點變的非常復雜或被連接的構件尺寸較小、無足夠空間布置一定數量螺栓的情況下才采用現場焊接的連接設計。
對于節點設計的另外一個重要要求是連接螺栓和焊縫所能提供的力必須大于所給外力或被連接構件的最大承載力。此外對于和預埋件相連接的構件為使連接方便，并且便于處理預埋件定位偏差造成的影響，通常采用現場焊接。在澆筑混凝土時遺漏預埋間的情況下為便于鋼構件和混凝土的固定，采用HILTI膨脹螺栓和化學螺栓連接，是最常用的構件連接方法。
四、鋼結構連接節點的設計方法
A：簡支梁連接
梁-梁，梁-柱是鋼結構設計中的基本連接，一般采用簡支梁連接形式，可使用雙角鋼、端板、單板雙板連接。此狀況下一般將雙角鋼與次梁車間焊接，現場用螺栓將主梁腹板與雙角鋼連接。
在此連接狀態，螺栓不受偏心載荷，而焊縫受到偏心載荷的作用，由于焊縫采用三面圍焊其抗彎能力較高，因此，在較重載荷的情況下，一般采用雙角鋼連接。相對而言，螺栓承受了附加偏心載荷。在另外一些場合，如載荷較大并且次梁與主梁成一定的角度時，將鋼板彎折成相應的角度，形成類似于雙角鋼的連接。如果載荷較小，可采用較簡單的端板連接，在此類連接中，適當增加端板板厚，可承受剪力和軸向力的組合荷載。時對于主次梁不是正交的情況下，端板連接在加工工藝性上的優點比雙角鋼連接更好。
單板連接對于連接槽鋼等類的次梁而言是非常簡便的，盡管螺栓受偏心載荷，只要螺栓的承載力大于外載荷，而單板于主梁的焊縫一般采用三面圍焊，其受力狀態較好。如果由于上下翼緣切割腹板需要加筋時，只需要在單板的另一側即腹板內側焊接一加勁板。
雙板同樣適用于在主梁上無法緊固螺栓的場合，當外載荷較大而螺栓單剪又不足以抵抗外載荷時，采用此連接方式。其缺點就是螺栓及梁均受偏心載荷的作用，需要比較復雜的計算程序進行螺栓在剪力及彎矩綜合作用下的驗算。決定連接節點設計的重要因素是設計載荷的選擇，根據鋼結構設計規范CSA16.1，設計載荷與被連接梁的抗彎截面系數，梁的屈服強度，及梁跨距有關，當跨距較小時（〈2M〉，其值取梁腹板抗剪力之半，設計載荷的最大值應不超過梁腹板的抗剪力。一般情況下，設計載荷Vf=4M/L2其中：L為跨距，M為梁最大抗彎矩（M=0.9SxFy（kN.m））。
B：彎矩連接(剛性連接)
當被連接梁處于懸臂狀態或要求采用全強度連接時，必須采用彎矩連接，連接接頭中，腹板承受剪力，上下翼緣承受軸向拉力和壓力。彎矩連接是非常復雜和費用較高的連接，由其節點設計的復雜程度所決定。一般情況下，對腹板可采用雙角鋼或端板連接承受剪力，上下翼緣的拉力或壓力可通過連接板與次梁上下翼緣用螺栓連接。在上翼緣鋪蓋鋼格柵時，一般不宜采用上翼緣用連接板的方式，而采用帶墊板的現場全焊透方式進行連接，這樣既節省了高強螺栓的使用，又使連接變得簡單。一重型梁與柱的彎矩連接所采用的連接就說明了這一點，如圖五所示，為了使上下翼緣的軸向拉、壓力不致使柱的單側翼緣承受，此節點中在次梁上下翼緣方向，使用了四塊加勁板以抵抗次梁沿翼緣方向的軸力，阻止柱翼緣的局部變形，使柱受力均勻，減少次梁上下翼緣和柱翼緣接觸的應力集中，由于在該連接中，梁翼緣傳遞的軸向力較大，增加一斜向加勁板及在連接雙板上加勁以使柱翼緣的受力更加均勻。
對于較小載荷的梁柱彎矩連接，可采用端板連接的方式進行，在此類連接中次梁上下翼緣及腹板均與端板焊接，用螺栓將端板與柱翼緣或腹板連接，但端板必須有足夠的厚度以抵抗次梁翼緣板的軸向力。焊縫可根據次梁翼緣板的厚度或外載荷的大小選擇角焊縫或全焊透坡口焊。主次梁彎矩連接，一般情況在主梁腹板焊一連接板與次梁下翼緣用螺栓連接，主梁上翼緣與次梁上翼緣采用帶墊板的現場全熔透焊，腹板之間的連接可采用雙角鋼或端板用螺栓進行連接。
C：斜支撐連接
斜支撐按其連接形式可分為鋼結構樓面層的水平支撐和柱間垂直支撐連接。連接主梁和柱間的垂直支撐在結構中通常起結構橫向穩定的作用，將主梁的重力載荷傳遞給柱或地面，另一類垂直支撐即是桁架上下弦桿間的斜向支撐，將上下弦桿之間的力互相傳遞。連接主梁和次梁沿水平方向布置的斜向支撐主要提供結構的側向穩。
