明明白白算节点系列-2门刚节点域计算

文摘   职场   2024-07-02 16:46   浙江  

   

节点域是钢结构梁柱连接节点区域的一个特定部位,《钢结构设计标准》(GB 50017-2017,简称“钢标”)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015,简称“门规”)中有一些相关计算和构造的规定。
一、节点域的受力特征
节点域,其实就是梁柱交接处一块基本只承受纯剪的板,如下图,两侧梁端的弯矩在节点域通过纯剪切受力进行内力的传递(如果忽略梁柱的轴力、剪力)。
这一受力特征决定了,节点域剪应力可用梁端弯矩的和除以节点域体积得到(钢标公式12.3.3-3)。 

钢标的条文是这样的:

节点域的抗剪强度与正则化宽厚比有关,相关条文如下:

(PS:根据钢标勘误,此处10应该为1.0)

门规的条文是这样的:

从上面的公式可以看出,《门规》对节点域的计算跟《钢标》基本一致的,区别在于抗剪承载力的提高系数。

以往的钢规中,都是默认了节点域不发生弹性屈曲的,所以节点域强度均采用了抗剪强度设计值的4/3倍。门规是个例外,门刚的板件一般很薄,没采用4/3,采用了1.0,未考虑节点域抗剪强度提高。而钢标则引入了节点域受剪正则化宽厚比。按照板壳稳定理论,节点域受剪可能发生弹性屈曲,因此抗剪承载力与其宽厚比紧密相关。


二、门刚节点域的计算

对于门刚节点域,通常采用设置加劲肋的做法,而不采用增加节点域板厚的做法。下面都将考虑设置加劲肋的做法。

门式刚架的节点域计算步骤:

(1)首先需要计算λn,s,当λn,s>1.2时,必须设置加劲肋。

(2)按《门规》验算节点域腹板的抗剪承载力,当剪应力τ>fv,但小于4/3fv时,可设置竖向或水平加劲肋。当剪应力τ>4/3fv时,必须设置斜加劲肋。

当节点域腹板剪应力>fv时,设置横向或竖向加劲肋,可避免腹板屈曲,可参照《钢标》中相关条文,节点域腹板抗剪强度设计值可取4/3倍。

下面以CSI的IDEA Statica节点设计软件来验证一下设置横向或竖向加劲肋后腹板不发生屈曲的情况。

由上图可以看出,节点域不设置加劲肋时,腹板会发生屈曲,屈曲系数为3.81;当设置了横向加劲肋、竖向加劲肋或斜加劲肋,腹板不发生屈曲,屈曲系数>5。

三、节点域斜加劲肋的计算

《门规》未提供斜加劲肋的计算方法。

美国Varco-Pruden公司的DesignManual中节点域Knee connection@Haunch的公式如下:

其中,dc为柱腹板宽度;db为梁腹板高度;tc为节点域腹板厚度;l为斜加劲肋的长度;θ为斜加劲肋与水平加劲肋的夹角。

国内的一些论文提供的结论也基本类似:

如《门式刚架转角节点域受力性能分析》一文中的结论如下:

《节点域斜向加劲肋设计计算方法》一文中结论如下:

四、总结

1、门刚节点域应进行验算。

2、按《门规》验算节点域腹板的抗剪承载力,当剪应力τ>fv,但小于4/3fv时,可设置竖向或水平加劲肋。当剪应力τ>4/3fv时,必须设置斜加劲肋。

3、斜加劲肋的计算可以按下式进行。



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