多层钢框架结构梁柱节点的优化设计

王芳

摘要：近年来，随着钢框架结构建筑的不断出现，其中的问题也随之增多。我国目前已经在多个城市出现了建筑物的主梁断裂事故，究其原因，最重要的原因当然是钢柱、钢梁的质量问题，其次就是钢框架结构梁柱节点连接处的设计不合理，导致受力过分集中在梁柱连接点处，而没有按照正常的板传负荷力到梁，梁传负荷力到柱，柱传负荷力到基础。由此可见，梁柱节点的连接设计方法对于建筑物的安全起着十分重要的作用，梁柱结点不仅是梁与梁交叉的受力结点，而且还是梁与柱连接的受力结点，这个结点既是钢框架结构中的受力枢纽也是钢框架结构中的传力枢纽。本文将结合多年来的实际工作经验，对钢框架结构梁柱节点连接设计进行相关的探讨，以供大家参考借鉴。

关键词：多层钢框架结构；梁柱节点；优化设计

引言：随着我国钢产量大幅度的增加，钢制结构的发展将更加广阔。横梁与立柱之间的节点是钢框架结构的关键部分，两者之间的连接质量对整个建筑物的承重能力会产生非常大的影响，尤其是在地震中，具有非常重要的作用。因此，改良和创新钢框架梁柱节点设计技术是保证我国现代化建设健康、长远发展的基础。

1 节点设计的具体原则

1.1 平面设计的原则主要就是，在采用钢框架结构设计时，一定要达到空间的合理划分，结构布置合理等特点。而作为结构布置，必须保证结构每层抗侧力必须和同一水平作用下的合力达到或接近重合，这样就可以减少了结构受扭的作用。而抗侧力的构件必须要顺着平面的纵横进行布置，同时要达到均匀、分散以及对称，柱间的间距不可以太大，并且应用柱网应该在6米? 9米左右。与此同时，该结构的布置一定要避免平面与竖向不规则的现象出现，同时，一定要把相关的实际的计算模型应用到结构的计算中，但也应该考虑到扭转的作用，如果它出现了很多不规则的结构时，就可以采用补充计算。

1.2 钢框架抗震的设计必须基于弱梁强柱、弱构件强节点以及弱钢材强焊接这三个强有力的原则下进行。那么对于框架的构件和支撑杆，能够增加节点承载能力，与此同时也能够使得节点和构件免遭破坏。以确保构件的完整性。但是，对于框架与节点的要求，也不能太强，容许其在地震时，在一定范围内，梁柱节点域的板件能发生一定的形变，这样反而可以提高了框架的延展性。地震的时候构件的坍塌，主要原因就是在在处理弱梁强柱型的框架时，因为地震的作用对其造成损伤从而降低了承载重荷的能力。在正常的状况下，因为框架梁仅承担了楼层的负荷，而框架柱就要承担大部分楼层的重力载荷，所以，强大的支柱能够增加框架预防坍塌的能力。在焊接的延展性方面，构件一般都会低于连接钢材的延展性，然而弱钢材强焊缝的主要原则就是，被连接件钢材板件的承载能力一定要低于焊缝承载力，这样就可以就可以避免构件屈服截面发生焊缝却位在钢板之中，同时也提高了构件的延性。

2 钢框架结构梁柱连接节点的基本特征

按照钢框架结构梁柱连接节点的载荷传递形式，连接方法和具体细部结构，连接节点可以分为，刚性、半刚性和铰链连接三种连接方式。

2.1 钢框架结构梁柱铰接连接节点方式

一般根据理论上来讲是根本不能承受弯矩的连接节点，通常构件的拼接连接是无法使用这种方式连接的。一般构件端部的连接才用铰接连接节点这种连接方式。如梁，柱脚，桁架的连接等等。然而，在实际工程应用中，它对弯矩并不非全部无法承受，原因只是因为它的抗弯刚度低于构件的抗弯刚度。

2.2 钢框架结构梁柱刚性连接节点方式

在确保构件的原始的力学性能的基础上，节点的连接处应该保证其原有的完整的连续性，从而使构件之间的连接夹角在达到承载能力之前不发生变化。然而要保证连接夹角在达到承载能力之前不发生变化，其连接强度应该不得低于被连接构件的屈服强度。

2.3 钢框架结构梁柱半刚性连接节点方式

为了保证其承载力等于或大于构件的承载能力，可以采用半刚性连接节点的方式连接。可是因为连接的方法和细结构设计之间的关联性，使得连接节点的弹性刚度明显低于构件的弹性刚度，根据相关的设计要求，这种节点形式一般都不会被采用的。

3 钢框架结构梁柱节点连接的主要形式

3.1梁柱间角钢和盖板的连接方式。

在根据梁腹板和竖直角钢的连接，从而传递剪力。柱子上面会焊接有，为了便于安装所使用支托，能够防止仰焊，然而梁翼缘一定要大于上部的水平板，小于下部的水平板。梁柱铰接节点连接形式见图 1。

图表 1梁柱铰接点连接

3.2宽翼缘T形钢的连接方式。

它的优点是，能够增加柱的扭转刚度，但缺点是钢材消耗量过多。如图 2所示

3.3丁字形的连接方式。

柱子上面将会焊接上安装所使用的支托，而横向的加劲肋就可以对柱的腹板进行加强。它的好处就是具有非常大的刚性，同时还有一个大缺点就是施工难度大，而且不容易保证质量。如图 3 所示。

图表 3梁柱丁字形节点连接

4 钢框架结构梁柱节点的优化设计方法

4.1节点的细部构造优化设计的方法。

比如，在采用刚性连接而且柱两侧的梁高相等时，柱内加劲肋板应当在每一个梁翼缘所对应的位置都进行设定，如果柱子两边的高度不相等的时候，就需要在所對应的梁翼缘设置柱内加劲肋板，因此就会使得加劲肋板的数量增加，然而，加劲肋板间距又不能达到焊缝间距的要求（不小于150mm的间距）。那么这个时候，柱的两端梁的根部高度就应当需要及时调整，把比较小的截面高度的梁腹板高度局部加腋，加腋部分翼缘坡度≤1：3。，如图 4所示。

4.2节点连接的整体设计。

在实际的多层钢结构建筑工程中很大一部分都是使用双向刚性连接，这样就可以增加结构本身的侧移刚度，降低构件抗侧移的内力，增强结构的耗能机制，从而使建筑物的延展性得到提高，对于结构抗震将非常有利。然而，节点的刚性连接结构难度大、工作量大、钢材消耗量又非常多，经济效益方面要比铰链节点连接方式逊色许多。为了能够解决这个问题，可以采用铰接连接这种形式，纵向沿柱高设置成竖向柱间支撑，那么它的空间刚度和抗侧力都需要由支撑所提供。

而另一个方向可以做成刚性连接。如图5所示。采用这种用钢量少而刚度大的支撑体系，其抗侧力的效果非常显著并且构造也简单了很多。如此，房屋的一个方向就没有了支撑，更加方便人们的生产或物流等建筑功能的正常发挥，同时又达到了施工简便、简化设计及用钢量等要求，另一个方向可以安排成柱间支撑，结构的抗侧移能力在铰接连接下得到了保证，非常适用于平面横向较短，纵向较长的建筑。由于建筑物纵向的梁柱节点比较的多，由铰接节点替代刚性节点之后，构造明显简化了很多，而且钢材的消耗量也明显减少。

5 提高框架梁柱节点抗震性能的措施

5.1 按照钢框架抗震设计强柱弱梁的原则，同时，依据梁上塑性铰位置控制的方法。使用在梁腹板打孔削弱节点的方式，从而促使塑性铰的成形

5.2 地震带刚性连接节点的设计标准应该符合地震多发情况下和地震罕见情况下弹性状态的抗震承载能力和变形的具体要求。

6 结语

综上所述，梁和柱的连接节点的链接是钢框架结构设计的重要组成部分，其质量的优劣会对框架结构在载荷作用下的承受能力，产生非常重要的影响。所以在其设计之中，一定要符合相关的设计规范，技术数据，载荷，材料选择的具体规定，结构设计要求、构件截面部分的选择和节点结构等诸多方面都要有清楚的了解，以便在设计的过程中，得到更好的应用。

参考文献：

[1] 定静.钢结构节点研究[J].工程建设与设计，2009（04）.

[2] 陈复生.钢结构设计规范[J].广西城市建设，2010（9）.