輕鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

童敏

摘 要：輕鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)踐應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域當(dāng)中是必不可少的，且多用于大跨度的建筑當(dāng)中，因?yàn)樗哂袆偠却?、自重輕、強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)。在輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要從大局出發(fā)，考慮到它的整體受力，也要鎖定細(xì)節(jié)，不能忽視節(jié)點(diǎn)的處理。連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與建筑工程的質(zhì)量是息息相關(guān)的。本文主要從輕鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求、連接方式及連接節(jié)點(diǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的重要性及其廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：輕鋼結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0070-01

與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比而言，建筑工程領(lǐng)域的的輕鋼結(jié)構(gòu)具有很大優(yōu)勢(shì)，比如建造周期短、跨度比較大、抗風(fēng)抗震能力較強(qiáng)、維修費(fèi)用低、簡(jiǎn)單易行等。與重鋼結(jié)構(gòu)相比而言，輕鋼結(jié)構(gòu)顯得比較輕，而且結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)要求也比較低，周期之短和速度之快使它很適合于建造跨度大的結(jié)構(gòu)。其應(yīng)用的廣泛程度，我們可以在大型超市、體育場(chǎng)、展示廳等很多領(lǐng)域可以看到，因此，其連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是否合理是一個(gè)很大的安全問(wèn)題。

1 連接節(jié)點(diǎn)的形式

輕鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)形式可以分為三類(lèi)：一是按照構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接方式可以將其分為梁-柱連接和梁-梁連接；二是按照構(gòu)件的受力方式可以分為扭矩連接、單剪連接、彎矩連接和它與軸向力的組合連接；三是按照構(gòu)件的連接形式可以分為端板連接、雙板連接和單板連接。

2 連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

輕鋼結(jié)構(gòu)的連接方式取決于建筑工程的要求，即對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的加工和安裝要求，這是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的第一個(gè)要求。在工程中，有關(guān)人員可能會(huì)要求進(jìn)行焊接，并且保證焊縫的質(zhì)量。為了讓鋼構(gòu)件既滿(mǎn)足工程進(jìn)度的要求，又能夠很方便的在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，因此需要在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，用螺栓連接兩個(gè)構(gòu)件；只有在螺栓因?yàn)闃?gòu)件的尺寸原因、空間不足等原因，難以連接某些節(jié)點(diǎn)，或者它的連接將會(huì)讓整個(gè)節(jié)點(diǎn)變得比較混亂的時(shí)候再采用現(xiàn)場(chǎng)焊接。

連接焊縫和螺栓所提供的力要比所給的外力要大，同時(shí)也要比構(gòu)件的最大承載力還要大，這是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的第二個(gè)要求。當(dāng)澆筑混凝土?xí)r因?yàn)槭韬龆雎粤祟A(yù)埋件時(shí)，可以使用HILTI膨脹螺栓和化學(xué)螺栓進(jìn)行連接，更好的固定住鋼構(gòu)件和混凝土，這也是常用的一種構(gòu)件連接方法。還有一種情況可以采用現(xiàn)場(chǎng)焊接，即為了使構(gòu)件和預(yù)埋件之間的連接較為方便，也能很方便的處理對(duì)預(yù)埋件的定位偏差所造成的不良影響，這種情況下通常都會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)焊接。

3 連接節(jié)點(diǎn)的方法

對(duì)于連接槽鋼之類(lèi)的次梁來(lái)說(shuō)，單板連接是簡(jiǎn)單易行的。在螺栓受到了偏心載荷的情況下，只要其承載力仍然大于外載荷，且單板于主梁的焊接縫縫一般是從三面進(jìn)行焊接的，其受力狀態(tài)還是比較均勻的。要是因?yàn)樯舷乱拙壡懈罡拱逍枰咏?，那就可以在腹板?nèi)焊接一個(gè)加勁板。

在主梁上難以緊固螺栓時(shí)，在外載荷比較大，螺栓單剪難以抵抗外載荷的情況下，可以使用雙板，其不足之處就是主梁和螺栓受到了偏心載荷的影響，因此還需要計(jì)算螺栓在剪力及彎矩綜合作用下的所受到的力。設(shè)計(jì)載荷的選擇是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。我們知道，輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范是CSA16.1，它的設(shè)計(jì)載荷與梁的屈服強(qiáng)度、跨距及被連接梁的抗彎截面系數(shù)有很大的關(guān)系。當(dāng)跨距比較小時(shí)，設(shè)計(jì)載荷之值是梁腹板抗剪力的二分之一，最大值不能超過(guò)梁腹板的抗剪力。

輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的兩個(gè)基本連接是梁-梁和梁-柱，可以采用簡(jiǎn)支梁連接的方式，使用端板、雙角鋼、單雙板進(jìn)行連接。一般情況下會(huì)將雙角鋼與次梁在車(chē)間里焊接好，然后在現(xiàn)場(chǎng)將雙角鋼與主梁腹板用螺栓連接起來(lái)，如此一來(lái)，螺栓就不會(huì)受到偏心載荷的影響，雖然偏心載荷由焊縫承受，但由于之前的焊縫采用的是三面焊接，其抗彎能力還是很強(qiáng)的，因此，在載荷較重的情況下，可以采用雙角鋼進(jìn)行連接。在其他的一些場(chǎng)合下，假如載荷比較小，那么就可以使用端板進(jìn)行連接，適當(dāng)?shù)卦黾佣税宓暮穸?，就能夠承受軸向力和剪力的組合載荷；假如載荷比較大并且和主次梁形成了一定的角度，那么就可以將鋼板彎折成一定的角度，類(lèi)似于雙角鋼的連接；當(dāng)主次梁不是正交時(shí)，端板的連接優(yōu)勢(shì)就超過(guò)了雙角鋼的連接。

4 連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)考慮的問(wèn)題

節(jié)點(diǎn)的連接有一定的原則，一是構(gòu)件的連接應(yīng)該按照等強(qiáng)度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，拼接構(gòu)件和連接強(qiáng)度必須能夠傳遞斷開(kāi)截面的最大承載力；二是節(jié)點(diǎn)連接的構(gòu)造形式比較簡(jiǎn)單，便于安裝、維護(hù)和運(yùn)輸；三是節(jié)點(diǎn)的連接應(yīng)該有延性，因?yàn)榻ㄖ?lèi)的鋼材本身所具有的延性對(duì)于抗震設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)十分重要。

在輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該根據(jù)連接接點(diǎn)所在的位置及其要求的剛度和強(qiáng)度，須合理仔細(xì)的確定連接節(jié)點(diǎn)的方法、形式、具體構(gòu)造、計(jì)算方法等基本工作。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求、載荷、材料選擇的具體要求等方面進(jìn)行仔細(xì)了解，以便更好的運(yùn)用到施工當(dāng)中。

在輕鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)的一種情況是現(xiàn)實(shí)中的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型有很大的差異，這就是因?yàn)槲覀冊(cè)诮Y(jié)構(gòu)分析前，沒(méi)有對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分的思考研究。連以下是應(yīng)該考慮的問(wèn)題：一是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須考慮到施工空間和構(gòu)件安裝順序。比如安裝螺栓、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接等都需要一定的空間，空間小了可能就會(huì)無(wú)法完成必要的工作；每個(gè)構(gòu)件都有它的安裝順序，一步錯(cuò)就會(huì)步步錯(cuò)。此外，盡量讓工人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)固定與定位。二是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需要考慮到制造廠的工藝水平。三是節(jié)點(diǎn)防腐。鋼結(jié)構(gòu)主要使用涂防銹漆進(jìn)行防銹處理。

5 結(jié)語(yǔ)

近幾年，我國(guó)的高層建筑在不斷的增加，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求也在逐漸提高，因此節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)用也十分重要。隨著鋼結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，我們會(huì)更好的把握連接節(jié)點(diǎn)的剛度、承載力以及強(qiáng)度，會(huì)在設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力上取得更好的成績(jī)?？萍嫉倪M(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展必然導(dǎo)致人們審美觀念的變化，輕鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也在不斷沖擊著人們的審美觀念，從理性的角度出發(fā)，我們可以把傳統(tǒng)和現(xiàn)代的建筑風(fēng)格與材料相結(jié)合，吸收其中值得借鑒的部分，創(chuàng)造出更為精品的輕鋼結(jié)構(gòu)建筑。毋庸置疑，輕鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)不能脫離建筑設(shè)計(jì)的原則，在此基礎(chǔ)上可以發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行合理施工。此外，在結(jié)構(gòu)上也應(yīng)該從嚴(yán)要求，爭(zhēng)取做到最好。

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