装配式钢结构梁柱节点研究

潘东岳

【摘要】装配式钢结构在目前的建筑设计中很常见，其相较于传统的混凝土建筑的形式，性价比和稳定性都更具优势，尤其是对于一些内部设计复杂的建筑施工，装配式钢结构能够在保证质量的同时不影响速度，而梁柱节点部分是其中的重点部分。本文以装配式钢结构为出发点，详细地研究了梁柱节点如何满足当前施工的需求。

【关键词】装配式钢结构;梁柱节点;研究

1.钢结构与装配式钢结构

经过长期不断改进和创新，我国的建筑行业已经发展到一个新的高度。而在对传统的建造工程项目进行改进时，要充分结合当前的施工环境来思考问题，把最适合的项目结合到工程当中。钢结构在目前的建造工程中很常见，其强度和实用性都与现代化的建造设计理念相契合。装配式钢结构与钢结构的差别是很大的，尽管钢结构是天然的装配式结构，但钢结构却不一定都是装配式建筑。传统的钢结构都是采用焊接的方式对梁柱进行施工，由于焊接处承载的压力非常大，很容易会出现梁柱断裂的状况。装配式钢结构很好地解决了这一问题，施工时不会出现焊缝，并且稳定性也要远超传统的钢结构。而且装配式钢结构的零部件可以批量化生产，不用再像之前那样需要到处采购了，只需在现场进行组装就能够投入使用[1]。这样极大地精简了施工的环节，而且也使得建筑的拆卸变得更加方便。拆除下来的钢材还能够进行二次利用，贯彻了绿色环保的发展思想，推动了建筑行业的可持续发展。

2.装配式钢结构中梁柱节点的设计原则

2.1 强柱弱梁

强柱弱梁在现阶段的施工中是很常见的，这种形式是在设计钢结构的梁柱时，通过把柱体作为主要承重结构来减小梁部受力。考虑到柱体的承载力，施工人员一般都采取增加柱体的截面面积的方式，接触面增加了承载范围自然就得到了提升。而当外力到达一定的标准之后，就需要减小柱截面单位面积内承受的作用力，以此来让主体能够承受更多的力。施工人员一定要控制好主体的截面积，如果柱体截面超出了设计的范围，会严重影响房屋原本的可利用面积。因此在进行装配式钢结构设计时，要从多个方面来进行考虑，根据房屋建造的实际需求确定柱体的截面积。

2.2 强节点弱构件

节点对于装配式钢结构是非常重要的，它是连接其中各个配件的主要部位。虽然节点的体积很小，但是它与装配式钢结构内部的钢质部件相互连接，并且是整个结构受力的关键点。目前节点所承受的力可以分为以下几种：剪切力、扭转力和轴向力。复杂的受力体系会增加节点的工作，使其在高强度的环境中运行。如果节点的强度不够好的话，就会出现该阶段无法正常连接的情况，装配式钢结构的承重范围也会因此受到影响。所以工作人员在进行施工环节时，要协调好节点与构件施工的关系，借助节点的强化来提升节点的承受力。需要注意的是要在不影响施工的条件下弱化钢制构件，这样能够很有效地降低节点的受力程度，以此来保证节点在工作时的稳定性[2]。

2.3 节点域

节点域也是装配式鋼结构中的重点环节，是现阶段完成建筑工作的核心内容。它会在工作时承受来自多个不同方向的构件的作用力，也是当前装配式钢结构中最容易出现问题的环节。但是节点域在我国的装配式钢结构设计中并没有受到重视，这也影响了我国建筑行业的发展进程。在节点域承受压力超出范围时，会出现结构断裂的情况。在设计节点域之前一定要考虑到这一点，使其在工作时保持可塑性。塑性形变可以卸掉来自各个方向的力，节点域的稳定性会因此显著提升。

3.装配式钢结构梁柱节点连接方式

3.1“工”字形柱与梁柱的节点连接

悬臂端梁是一种非常简单的连接方式，其所需要的零部件可以在工厂批量生产，在施工现场就能够完成拼装环节。这种连接方式要事先计算好各项数值，悬臂梁的悬臂长度与拼接板的厚度都是很重要的，稍有不慎就会使节点无法正常运行。因此工作人员一定要切实负起责任，确定各项数值的精准性，以此来保证连接阶段的刚度和稳定性。钢框架与梁柱板之间的连接方式很重要，其在施工中的应用还是比较多的。通过把钢框架与梁柱板连接在一起，可以计算出其弯矩和转角的关系。而且在实际的施工当中要事先进行建模，这样能够保证设计方案的可行性，减少在施工中发生失误的概率。可以把T型构件与L型构件组合在一起，实现可变梁高的梁柱节点连接。其中L型是构件比较多变，它能够适用于承载节点受到的各种作用力。因此在对节点承载性进行考虑时，一定要注意L型构件的厚度是否满足要求。T型构件与L型构件相差很大，它主要起到固定的作用，不直接参与到承载力的控制当中，因此它的强度也与节点的性能无关。如果想要有效提升节点的性能，就要控制好节点的下端板设计，它和节点承受力是相互影响的。因此工作人员要控制好节点的承载力，切实完成上述的几个指标。悬臂端梁式的连接如图1所示：

3.2 钢管柱与梁柱的节点连接

圆柱与套筒的连接是在悬臂端梁的基础建立的，它可以对外部套筒的厚度进行调整，然后以此对节点的承载力进行控制。这一连接方式出现得相对较少，只会应用在具有特殊要求的建筑结构中。这种方式可分为：焊接、栓接与混合连接环节，在精简施工过程的同时保证了施工质量。对于高层建筑的施工来说是非常重要的，降低了竣工后返修的概率。这种连接方式还常常用于建筑的维修，对于建筑业的发展有着很深远的影响。外套管式连接的结构是十字型的，其管壁的厚度与节点性能息息相关，其承载力也会跟随其厚度的变化而变化。但是如果管壁的厚度超出范围时，会因为因套管过重影响节点的性能。而内套管式连接相比之下就很麻烦了，它的施工周期非常地长，而且其施工效率也很容易受到外在因素的影响。但是这种方式的效果还是不错的，它能够非常有效地保证节点的各项性能。工作人员在施工时需要注意管壁的调控，大于柱壁厚度2mm时的效果是最好的。图2是圆柱套筒连接的示意图：

4.研究内容

从目前所连接的装配式钢结构出发，人们发现了一种带法兰盘的新型节点连接形式。为了从各方面证明其节点的受力性能，需要按照实验要求增加两组节点，分别为外环板式节点与焊接式节点。之后作为法兰盘式节点性能进行对比，通过数据列举出其优势和劣势。本文主要对承载力的实验进行探究，对各类节点的性能进行相关的比较。工作人员在进行研究时，要将三组节点梁的连接均按等强度原则进行。通过悬臂拼装的方式进行连接，新节点在柱的连接则是通过上柱底和下柱顶的法兰盘通过螺栓进行连接。

5.节点研究方法概述

5.1 试验测定法

在进行节点性能研究时，可以测得节点的弯矩-转角曲线，这是现阶段认可度最高的节点性能检测方法。但是该方法存在的缺陷也很多，例如其实验的数据会受到外在因素的影响产生偏差，从而导致实验的最终结果不符合真实的情况。因此工作人员要反复进行实验，以此来避免其中的偶然性。但是这样会消耗大量的资源，其所产生的高额费用难以解决。

5.2 曲线拟合法

工作人员在对节点性能参数进行分析时，要注意把得到的曲线转换为公式，这样能够便于设计人员进行使用。弯矩-转角曲线能够反映出很多的问题，是梁柱节点性能的真实写照。但是在进行曲线拟合需要详细的参数数据，因此要先通过多次试验来获取数值，然后才能进行相关的拟合环节。

5.3 塑性分析法

塑性分析法是在曲线拟合法的基础上进一步研究，需要对于测得的数据进行检验，还要结合理论知识找出更精准的曲线。只有这样才能够还原真实的情况，全面地表现各个节点的性能。

5.4 解析法

解析法相比之下有所不同，一般是通過两种不同的形式进行推导，表达弯矩-转角曲线以及构件的荷载-变形表达式。然后通过与其他构件的计算进行整理，得到一种较为合理的拟合曲线。另一种形式采取的是单独试验的方法，在对数据进行整理之后得到相关的表达式，再利用协调计算求出节点的连接曲线。

6.结束语

建筑是人们日常居住和活动的场所，所以人们对建筑的设计是很重视的。而装配式钢结构在当前的建造施工中很重要，所以施工单位要高度重视装配式钢结构的，并对梁柱节点的连接进行深入性研究。这样才能够保证整座建筑内部结构的稳定，让人们能够放心地去使用和居住。本文介绍了几种常见的梁柱节点连接方案，希望能为我国的建筑行业发展提供一点帮助。

参考文献

[1]曹杨，陈沸镔，龙也.装配式钢结构建筑的深化设计探讨[J].钢结构，2017（2）：72-76.

[2]倪真，赵越，刘学春，等.模块化装配式钢结构桁架梁承载力性能研究[J].工业建筑，2018（8）：14-18.

（作者单位：上江西华赣瑞林稀贵金属科技有限公司）

【中图分类号】TU391

【文献标识码】B

【文章编号】1671-3362（2020）10-0102-02