建筑钢结构节点主要分类及设计要点

金清书

[摘 要]当前，由于钢材具有延性好、轻质高强和安装方便等特点，建筑钢结构日益受到人们的青睐。在建筑钢结构中，连接节点的设计是否安全，对保证钢结构的整体性和可靠度、对制造安装的质量和进度以及整个建设周期和成本都有着直接的影响。要保证高层钢结构按照“节点等强”或“强节点弱构件”的设计原则进行合理设计，才能保证高层钢结构整体性和可靠性。基于此，文章就建筑钢结构节点主要分类及设计要点进行分析。

[关键词]建筑钢结构；节点；设计要点

中图分类号：S722 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0128-01

1.节点设计原理及要求

钢结构是由构件和节点组成，每一个构件必须用节点来连接，从而使钢结构成为一个完整的整体，因此节点设计必须要根据钢结构设计需要，节点的连接必须有明确的传力路线和安全的构造保证。节点构造设计应注意以下几点：（1）连接的设计应与结构内力分析时的假定相一致；（2）结构的荷载，内力组合应能提供连接的最不利组合；（3）连接的构造应传力直接，各零件受力明确，并尽可能避免严重的应力集中；（4）连接的计算模型能考虑刚度不同的零件间的变形协调；（5）构件相互连接的节点应尽可能避免偏心，不能完全避免时应考虑偏心的影响；（6）避免在结构内力产生过大的残余应力，尤其是约束造成的残余应力，避免焊缝过度密集；（7）厚钢板沿厚度方向受力容易出现层间撕裂，节点设计时应注意。

其次是钢结构的节点设计应符合制作、运输和安装方便的原理。节点设计合理，必然便于施工和安装，这对提高钢结构施工效率，降低生产成本具有积极的作用。而节点设计不合理，安装起来必然会出现各种问题，影响施工进度，甚至是造成质量问题；因此在节点设计上还应该以简单、安全、快捷，便于施工为理论依据。

最后就是要核算节点设计的成本，要通过节点设计对整个钢结构施工建设是否是最优设计方案，综合考量节点所选取的类型，在工时与材料之间求的最佳平衡。因此节点设计还要做到定型化和标准化。

2.刚性节点与半刚性节点

刚性节点是指结构受力变形过程中梁柱夹角不变，半刚性节点是指结构受力变形过程中梁柱之间产生不同程度的相对转动。

2.1 梁的拼接。梁的拼接一般分有螺栓连接和焊接，螺栓连接虽其刚度较比焊接较小，但是螺栓连接的制作却非常简便，能保证质量，常现场进行拼接，焊接刚度相对较大，适用于工厂拼接。梁的连接在工地常采用螺栓连接，主要包括适用于荷载较小的梁的连接和适用于荷载较大的梁的连接。

2.2 边柱与梁的连接。边柱与梁的连接通常情况下为刚性连接，它的连接方式一般较多采用端板连接，是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板连接的节点形式。在建筑学内，端板连接一般按板的放置方式的不同可划分为端板竖放、端板斜以及放端板平放。

2.3 柱与柱的连接。在施工中，柱子和柱子之间的连接可据柱截面得变化程度划分为变截面柱拼接和等截面柱拼接。一般柱和柱之间等截面焊接拼接，实际上是和梁的拼接是相一致的。

3.柔性节点

3.1 主梁与次梁的连接。在我国建筑施工过程中，处理主梁与次梁的连接采用比较多的方式是选择简支连接，但是如建筑要求较高亦可选择刚性连接。这种连接方式虽较为复杂但其对次梁不需进行翼缘处理，因而这种连接方式也比较受建筑师们的青睐。

3.2 斜梁的拼接节点。跨度较大的斜梁设计，为了便于施工运输常把斜梁分段设计，再在施工现场进行现场拼接。

3.3 桁架节点板节点。主要采用板节点连接，其节点连接处理简单网架结构节点。网架属空间桁架形式，是施工较为常见的空间结构，其受力性能较好，多应用于民用建筑中。普通螺栓球节点是先将其置有高强螺栓的锥头的两端，再伸出锥头上套有两侧开有长槽的无纹螺母，并以销钉将螺栓与套筒连接为一体。

4.柱脚节点

柱脚在钢结构设计时要加强重视。实际工程中，因柱脚不稳定造成工程事故的案例不胜枚举。对于民用建筑，刚架所受的侧向力较小，常采用铰接形式。平板式铰接因其受力合理、连接方便而成为铰接的常用形式。带有加劲肋的柱脚，都可用于荷载很大的情况，钢管混凝土柱脚钢管混凝土柱脚连接分为插入式和端承式。

5.建筑钢结构设计要点

5.1 判断建筑物采用钢结构的适用性

钢结构并不是可以适用在任何建筑工程中的。因此，在设计建筑工程结构之前，要结合建筑工程的实际情况以及建筑工程周遭的环境进行合理的判别，以防止由于钢结构不适用于建筑中而导致后期建筑设计方案与实际工程施工不符，从而增加了施工的成本，降低了施工单位的经济效益。通过实际研究发现，在比较大型的厂房车间、抗震要求较高的建筑中适用钢结构是合理的。

5.2 考虑钢结构的变形限值

一般情况下，如果抗侧力结构选用的是钢桁架制作组合而成的纯钢结构，需要遵循以下原则：第一，如果是在地震环境下，要保证其顶点位移在1/300，而其层间位移要保证在1/250；第二，如果是在风力作用的环境下，要保证其顶点位移在1/500，而其层间位移要保证在1/400。通过实际研究发展，抗侧力结构选用钢桁架制作组合而成的纯钢结构会大大提高刚性指标，进而增加工程成本。

5.3 结构体系选择

当建筑层数小于六层时，可以选择框架体系或者框架-支撑体系；当建筑层数大于六层时，可以选择框架-混凝土剪力墙支撑体系或者是框架支撑体系。通常情况下，建筑物层数较高的时候，都会选用双重结构体系。目前，组成框架柱的主要有三种，即钢骨砼柱、H型钢柱、钢骨砼柱和钢管砼柱，钢骨砼柱和钢管砼柱是组合型的框架柱，而这种组合柱一般都适用于规模相对较小的多层、高层建筑中，以通过减少材料的使用而获取更多的经济利益。在发生地震时，延性低的话，地震力大，反之地震力小，由于剪力墙的延性比钢支撑要低，因此就抗震性能而言，钢支撑结构更好一点。而对于钢支撑-砼剪力墙结构而言，由于对其的抗震性能研究还不够成熟，所以其抗震能力还不能够确定。在实际应用的过程中，应当对建筑的特点进行分析，通过不断实验和筛选，选择合适的结构体系。

5.4 设计钢结构的节点

在设计钢结构时最为关键的因素就是节点的设计。当前，钢结构节点可划分为三大类，即上文提到的刚性连接节点、半刚性连接节点以及铰接连接节点。在选择节点时要依据工程实际情况进行选择。在对节点进行设计时需要关注以下方面：第一，在焊接时要严格遵守规定，即焊缝的尺寸大小与形式都要符合国家标准；第二，在选择焊条时，要考虑到其与金属等材料的匹配性；第三，高强螺栓通常情况下作为楼层较高的建筑结构的连接传力螺栓，在对高强螺栓进行连接前要全面验算其孔壁的承载力；第四，严格遵循施工顺序进行施工。

当前钢结构在我国高层建筑的施工中应用越来越广泛，因为钢结构具有许多钢筋混凝土不具备的优良特征，虽然钢结构建筑在我国的高层建筑中的应用较多，但对于钢结构的应用仍旧处于起步阶段，与国外发达国家仍旧存在差距，所以，相关的施工人员应当不断探究钢结构的应用方法，提高鋼结构的施工水平，从而保证高层建筑的施工质量，创造最大化的社会价值。

参考文献

[1] 宋磊.解析高层民用建筑钢骨混凝土施工技术[J].民营科技，2014，（9）.

[2] 王道美，邓伟，崔强.建筑用耐火钢的研究现状及发展趋势[J].山东冶金，2014，（5）.endprint