試談建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘要：隨著我國社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣泛。對于多數(shù)的設(shè)計(jì)單位而言，鋼結(jié)構(gòu)還是相對陌生的工程領(lǐng)域。與混凝土結(jié)構(gòu)相比較，鋼結(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)，尤其是與穩(wěn)定相關(guān)的概念和計(jì)算是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：建筑;鋼結(jié)構(gòu);節(jié)點(diǎn);設(shè)計(jì);要點(diǎn)

引言

眾所周知，在建筑施工中，鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。對鋼結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)進(jìn)行分析，有利于建筑工程施工質(zhì)量的提升，有利于建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與發(fā)展。

一、建筑鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)分析

第一，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用涉及到了大量的建筑構(gòu)件，所以與混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相比，占用的施工現(xiàn)場面積更小;第二，建筑施工中在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方面有著較高的要求，所以必須要加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)測量以及焊接等工藝的控制;第三，建筑的豎向荷載包含自重荷載與樓面荷載兩方面，而建筑材料與建筑體積直接決定著建筑結(jié)構(gòu)的自重荷載。而建筑因?yàn)闃菍佣?，需要使用大量的建筑材料，所以其自重荷載更大。另外，建筑能夠容納的人流量與物品也非常多，所以其樓面荷載也遠(yuǎn)超于普通建筑。而這就對于建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出了更加苛刻的要求;第四，缺乏較強(qiáng)的抗側(cè)移能力。因?yàn)榻ㄖ臉菍虞^高，所以也需要承受更大的風(fēng)荷載作用。在這種情況下，建筑底部的彎矩就會偏大。再加上建筑缺乏較強(qiáng)的抗震能力，只有加強(qiáng)建筑頂部最大側(cè)向位移與不同樓層之間最大層間位移的控制，才能夠?yàn)榻ㄖこ痰氖┕べ|(zhì)量不受影響;第五，建筑的施工建設(shè)以高空作業(yè)為主，所以對于安全生產(chǎn)系統(tǒng)的完善性要求更高。而且，高空作業(yè)還需要使用到大型的起吊設(shè)備和升降器械，所以與普通建筑工程的施工相比，施工難度更大、施工風(fēng)險(xiǎn)更高、施工成本也更高。

二、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的必要性

鋼結(jié)構(gòu)指的是利用焊接、熱軋、冷彎等加工技術(shù)處理鋼板，使其能夠成為建筑所需的鋼型。輕鋼和重鋼是鋼結(jié)構(gòu)的兩種主要類型，兩者具有不同的優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)用在適宜的地方。輕鋼由于自重較輕、所占面積較小，在跨度較小的建筑項(xiàng)目中得到大力推廣。重鋼的自重雖然比輕鋼重，但比鋼筋混凝土輕，常常被用于具有較大跨度的建筑物之中。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的組成部分，對建筑的穩(wěn)定性和安全性具有不可忽視的影響。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的不當(dāng)便會影響整體。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞會直接影響到建筑物的質(zhì)量和品質(zhì)，甚至還會影響建筑行業(yè)的整體發(fā)展以及鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的發(fā)展。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要重視鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完善和優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到幾何層面的知識，對工作人員的專業(yè)技能具有較高要求，在設(shè)計(jì)時(shí)具有一定的難度和挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，要嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)劃，以建筑項(xiàng)目的施工性質(zhì)以及工程圖紙為設(shè)計(jì)導(dǎo)向，將鋼結(jié)構(gòu)的每一個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)落實(shí)到位，明確整個(gè)結(jié)構(gòu)的立體形象，并繪制出相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量問題放在首位。高品質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)與豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)緊扣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的偏差將會影響整體效果和質(zhì)量。整體是由部分組成的，關(guān)鍵部分對整體具有決定性作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要重視每一個(gè)環(huán)節(jié)以及每一個(gè)構(gòu)建，將每一個(gè)細(xì)節(jié)落實(shí)到位，保證構(gòu)件的安裝質(zhì)量，避免在建筑工程后續(xù)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)安全事故或產(chǎn)生安全隱患。

三、建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本文選擇以某地區(qū)的大型建筑為例。該建筑的總占地面積超過86000m2，建筑基礎(chǔ)為典型的樁基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，且其平面尺寸長度超過460m，為了避免出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)單體長度過長，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員提出需要將建筑本體和其下混凝土結(jié)構(gòu)、停車樓、超市等相分離，同時(shí)設(shè)置分隔縫，將其劃分成低、中、高三個(gè)區(qū)域。三個(gè)區(qū)域的平面尺寸依次為150m×150m、151m×（150～120）m、170m×（120～100）m。該建筑結(jié)構(gòu)的最低與最高立面高度分別為40m與120m。在建筑的高區(qū)，其最大高差超過85m，樓面傾角超過25°，兩側(cè)結(jié)構(gòu)具有較大水平剛度差。高區(qū)采用由鋼筒體、框架梁柱等共同構(gòu)成的框架結(jié)構(gòu)。側(cè)面大桁架的支撐力來源于設(shè)置在高區(qū)左側(cè)兩端的混凝土筒體，該混凝土筒體同時(shí)需要承擔(dān)豎向荷載。中區(qū)跨度介于120～150m，低區(qū)跨度為150m，中區(qū)與低區(qū)均采用橫縱桁架相結(jié)合的鋼結(jié)構(gòu)體系。

（一）框架柱的交叉節(jié)點(diǎn)

工作人員要從工程實(shí)際出發(fā)，針對建筑鋼結(jié)構(gòu)中的各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如本工程中，巨柱之間相互連接時(shí)形成了眾多呈“X”形的交叉節(jié)點(diǎn)，在該類節(jié)點(diǎn)處有6根桿件進(jìn)行相互連接，構(gòu)件截面尺寸最大可以達(dá)到1800mm×1800mm，節(jié)點(diǎn)板厚度最大值超過50mm。因此，選擇將栓焊連接節(jié)點(diǎn)作為鑄鋼節(jié)點(diǎn)顯然并不適用，為了有效增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)區(qū)承載力，使其能夠至少達(dá)到構(gòu)件承載力，工作人員通過將通長縱向加勁肋與適量橫向加勁肋，一并增設(shè)在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，以此有效達(dá)到節(jié)點(diǎn)強(qiáng)化的效果。通過將適量具有一定厚度的加勁肋設(shè)置在節(jié)點(diǎn)桿件“X”形交叉位置處，可以使得交角處的倒角在一定程度上得到有效增加，配合使用增加設(shè)置加勁板等方式，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)的效果。在本建筑項(xiàng)目中，為了實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接的安全可靠，同時(shí)有效降低現(xiàn)場施工難度，工作人員最終在連接巨柱交叉主桿件時(shí)，設(shè)計(jì)使用全熔透焊接連接的方式，并要求焊接質(zhì)量等級達(dá)到一級。在分肢連接中需要使用強(qiáng)度等級達(dá)到10.9級的高強(qiáng)度螺栓，以此有效保障連接的緊固度與安全可靠性。

（二）桁架連接屋面節(jié)點(diǎn)

本建筑高區(qū)轉(zhuǎn)換樓面和屋面的中間位置處設(shè)有抗風(fēng)桁架，其傾角為70°，總長度超過20m。在結(jié)合工程實(shí)際，并參照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定要求下，工作人員在連接屋面和抗風(fēng)桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，選擇使用銷軸連接的方式，銷軸直徑為60mm。在上銷軸中使用長圓孔，使得在重力荷載作用下的軸力可以得到有效釋放，從而有效減小屋面桁架下弦所需承受的荷載。為有效提升節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度，工作人員選擇使用40Cr材質(zhì)的銷軸，這主要是由于該種材質(zhì)具有良好的耐磨損性能，且硬度相對較高。此外，工作人員還通過將兩道厚度為20mm的加勁肋加設(shè)在耳板位置處，進(jìn)而在有效控制耳板厚度的同時(shí)，也可以使得耳板局部具有更好的安全穩(wěn)定性。

（三）固接柱腳

GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）的8.2.8的第5條規(guī)定，柱腳與基礎(chǔ)的連接極限承載力應(yīng)滿足公式：

式中，Mu，base為柱腳連接的極限承載力;ηj為連接系數(shù)，根據(jù)該規(guī)范表8.2.8，ηj的值對于埋入式柱腳為1.2，外包式柱腳為1.2，外露式柱腳為1.1;MPc為底層鋼柱的塑性受彎承載力：MPc=fyWPc;fy為柱子材料屈服強(qiáng)度;WPc為柱子的塑性截面抵抗矩。

結(jié)語

總而言之，在建筑工程樓層越來越高、施工規(guī)模越來越大的發(fā)展形式下，混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用表現(xiàn)出了一定的滯后性。而強(qiáng)度更高的鋼結(jié)構(gòu)開始在建筑工程的施工過程中應(yīng)用，并發(fā)揮出了非常突出的優(yōu)勢。但是，只有加強(qiáng)建筑鋼結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)的控制，才能夠有效提升建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，促進(jìn)建筑施工技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]康金亮.建筑鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要點(diǎn)探析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019，（30）：1428.

[2]孫浩文.淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工控制要點(diǎn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019，（30）：1235.

作者簡介：

陸景園，蚌埠清泉水技術(shù)設(shè)計(jì)咨詢有限公司。