钢结构中梁柱连接节点的悬臂梁段到底留多长才合适呢?采用直接与柱连接还是悬臂梁段式呢?

文摘   2024-09-27 00:06   上海  


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我们在进行钢结构设计时候,都会碰到梁柱刚接节点设计,到底是怎么样才能更合理呢,本尊整理了一下网上前辈们的看法,颇为收益,现分享给大家。以供后续设计中碰到时有一个参考价值。

梁柱节点直接连接法

将梁柱的接头设在柱端,接头数量最少(本尊:相对于梁来说,少了拼接,结构更合理,但是由于现场拼接在梁端属于负弯矩最大处,则不能称之为受力最合理),运输方便,但是对工地的施工品质控制要求较高,需要保证电焊的质量。

悬臂梁段式的做法

将梁柱的接头设在离柱端一段距离,一根梁分成了三段,梁柱两个节点增加到了四个,两个在工厂焊接完成,两个在工地完成。

这种做法考虑了工地的施工条件和安全因素,降低了现场连接节点的受力,方便了工人的安装,但是增加了接头数量和材料用量,也增加了运输的难度和费用。

悬臂梁段式的做法在实践上更灵活,但牺牲了一定的结构效率和经济性。

钢结构原理与设计(夏志斌、姚谏)(95版)

最早该书中有关于悬臂梁段式连接的描述,比较直白,第一点是直接与柱连接的改进节点,便于施工,避免高空施焊以及便于梁的对中就位。另外此处拼接均比梁端处内力要小,对结构受力有利。如下所述:

以上两种做法各有利弊,可以根据具体的工程情况和设计师的抉择而定。

这里咱们主要讨论一下悬臂梁段到底留多长?

规范图集中的长度

  • 1、 《高钢规》JGJ 99-98 第8.16条,规定了悬臂梁段的最大长度为 1.6m 

  • 2、 《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》CECS 230:2008 第7.2.2条,也规定了悬臂梁段的最大长度为 1.6m ,并注明了考虑构件的运输条件。

  • 3、《高钢规》JGJ 99-2015 第8.1.2条,  不推荐采用悬臂梁段式连接节点形式 (给出的原因值得再考证)。

  • 4、《抗震》GB 50011-2010(2016年版) 第8.3.4条,有写悬臂梁段式连接,但未明确悬臂梁段的长度。

  • 5、 《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》DGTJ 08-015-2018 第8.2.2条,有写悬臂梁段式连接,长度未提及。

  • 6、《钢结构连接节点设计手册(第五版)》第8.2.1节中,有给出拼接节点通常是设在 距梁端 1.0m左右 的位置。

  • 7、《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》16G519 P27 规定悬臂梁长度 不小于梁高 (对照P5所说,这个要求就显得多余)

  • 到底取多长呢?

  • 弯矩最小处最合理

  • 从力学概念上说,梁梁拼接节点位置,离柱端远一点,受力会更小,最理想的位置是弯矩为零的位置。但是这个位置大约在1/4跨距位置,一般都会 超过1.6m 

  • 避让塑性区最合理

  • 《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》16G519 P5 有一条说明:在抗震设防结构中,工地拼接时,对于框架梁, 通常宜避开塑性区 

  • 那塑性区在哪里呢?《钢结构连接节点设计手册(第五版)》图8-159,明确梁柱节点的塑性铰—— 1/10跨长或2倍梁高的范围 内。那拼接节点就应该在这个范围外。

  •    

    梁高(mm)跨度(m)悬臂梁段的长度a(m)
    5008.00.8~1.0
    70010.01.0~1.4
    80012.01.2~ 1.6
  • 所以按照这个规定,钢梁高超过700mm,这种悬臂段式的节点就会超宽,无法正常运输了。

  • 那么 通常悬臂梁段的长度取1.0m左右为宜,有时候为了避让次梁连接节点或加劲肋板,长度还需做一些调整,最长不宜大于1.6m(距柱轴线)。

  • 小结

  • 搞结构设计真的不易, 想搞清楚一个问题,看规范、看图集、看手册,像是在“ 推理破案 ”一样 

  • 看到这里,我们好像已经找到了合适的答案,但是细想还是有些问题可以再深入探讨的:

  • 1. 为什么悬臂梁段式的梁梁拼接, 国内常用栓焊,而国外常用全螺栓 呢?是因为安装精度还达不到呢,还是螺栓突出翼缘,影响到了楼板和隔墙呢?

  • 2. 如果梁梁拼接节点 就做在塑性铰区域 ,靠摩擦型螺栓的滑移,不是正好可以耗能吗?全螺栓的耗能能力比栓焊的性能更好。

  • 国内的悬臂梁段做法,既要避让塑性区,又没有用全螺栓,翼缘还要工地现场等强焊,这样一来, 一根钢梁被切成三节,工厂焊一次,现场再焊一次,制造、施工和运输成本都增加了,还这样做的意义何在呢?

  • 如果只是为了使梁柱根部的焊接质量在工厂更有保障的话,这代价也太高了,况且本来就要进行 强节点设计 ,这个理由也站不住脚。

  • 还有一个原因就是,本尊认为悬臂梁段做法可以减少梁端部加腋(1、根据规范,应强节点设计,不加腋或者增大翼板的话极限承载力很难算够。2、塑性铰外移,对结构受力有利),让节点不那么复杂。

  • 国内的《高钢规》JGJ 99-2015  没有推荐使用这种悬臂梁段式节点 ,而是采用一整根钢梁,现场两端与钢柱直接栓焊,也似乎有了它的道理,这样更适合本地实际情况。

  • 网友建议


  • 此外,钢构有云

12.3.1 梁柱连接节点可采用栓焊混合连接、螺栓连接、焊接连接、端板连接、顶底角钢连接等构造。

12.3.2 梁柱采用刚性或半刚性节点时,节点应进行在弯矩和剪力作用下的强度验算。

12.3.5 采用焊接连接或栓焊混合连接(梁翼缘与柱焊接,腹板与柱高强度螺栓连接)的梁柱刚接节点,其构造应符合下列规定:
    1 H形钢柱腹板对应于梁翼缘部位宜设置横向加劲肋,箱形(钢管)柱对应于梁翼缘的位置宜设置水平隔板。
    2 梁柱节点宜采用柱贯通构造,当柱采用冷成型管截面或壁板厚度小于翼缘厚度较多时,梁柱节点宜采用隔板贯通式构造。
    3 节点采用隔板贯通式构造时,柱与贯通式隔板应采用全熔透坡口焊缝连接。贯通式隔板挑出长度l宜满足25mm≤l≤60mm;隔板宜采用拘束度较小的焊接构造与工艺,其厚度不应小于梁翼缘厚度和柱壁板的厚度。当隔板厚度不小于36mm时,宜选用厚度方向钢板。
    4 梁柱节点区柱腹板加劲肋或隔板应符合下列规定:
        1)横向加劲肋的截面尺寸应经计算确定,其厚度不宜小于梁翼缘厚度;其宽度应符合传力、构造和板件宽厚比限值的要求;
        2)横向加劲肋的上表面宜与梁翼缘的上表面对齐,并以焊透的T形对接焊缝与柱翼缘连接,当梁与H形截面柱弱轴方向连接,即与腹板垂直相连形成刚接时,横向加劲肋与柱腹板的连接宜采用焊透对接焊缝;
        3)箱形柱中的横向隔板与柱翼缘的连接宜采用焊透的T形对接焊缝,对无法进行电弧焊的焊缝且柱壁板厚度不小于16mm的可采用熔化嘴电渣;
        4)当采用斜向加劲肋加强节点域时,加劲肋及其连接应能传递柱腹板所能承担剪力之外的剪力;其截面尺寸应符合传力和板件宽厚比限值的要求。

12.3.6 端板连接的梁柱刚接节点应符合下列规定:
    1 端板宜采用外伸式端板。端板的厚度不宜小于螺栓直径;
    2 节点中端板厚度与螺栓直径应由计算决定,计算时宜计人撬力的影响;
    3 节点区柱腹板对应于梁翼缘部位应设置横向加劲肋,其与柱翼缘围隔成的节点域应按本标准第12.3.3条进行抗剪强度的验算,强度不足时宜设斜加劲肋加强。

12.3.7 采用端板连接的节点,应符合下列规定:
    1 连接应采用高强度螺栓,螺栓间距应满足本标准表11.5.2的规定;
    2 螺栓应成对称布置,并应满足拧紧螺栓的施工要求。

12.1.1     钢结构节点设计应根据结构的重要性、受力特点、荷载情况和工作环境等因素选用节点形式、材料与加工工艺。

12.1.2 节点设计应满足承载力极限状态要求,传力可靠,减少应力集中。

12.1.3 节点构造应符合结构计算假定,当构件在节点偏心相交时,尚应考虑局部弯矩的影响。

12.1.4 构造复杂的重要节点应通过有限元分析确定其承载力,并宜进行试验验证。

12.1.5 节点构造应便于制作、运输、安装、维护,防止积水、积尘,并应采取防腐与防火措施。

12.1.6 拼接节点应保证被连接构件的连续性。

  • 读者们有没有什么想说的,可以留言讨论,谢谢!




编辑:泓漫本尊(国家一级注册结构工程师,聚焦建筑行业多年。会点结构,懂点艺术。最大的愿望,就是国家富强,人民安居乐业!)


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