钢结构节点（共12篇）
钢结构节点 篇1
虽然日常生活中常见的建筑物从表面上看是一个整体, 但它是由许许多多的小部件连接而成的, 尤其是钢结构建筑物。为了保证钢结构建筑物的承载力和整体刚度, 需将许多小部件有效地连接起来。要想保证工程质量, 保证钢结构建筑物各部件连接的牢固性, 节点的连接强度要与构件的自身强度保持一致。在施工过程中, 节点所采用的施工工艺和连接方法是重点。本着安全、可靠和经济、方便的原则, 施工时采用的连接方法也不相同。在钢结构连接节点中, 焊缝连接是最常见的, 而螺栓连接的利用率也比较高。铆钉连接不仅对施工工艺有较高的要求, 而且施工工序也比较复杂, 所以, 应用得比较少。
1 焊缝连接
焊接连接在工程中的利用率比较高, 基本所有的钢结构构件都可以采用这种方法。采用这种连接方法时, 不仅对钢结构构造的要求少, 而且施工工艺也简单, 不会因为焊缝的存在而削弱截面强度, 结构整体不会发生大的变形, 刚度也比较强。在焊接管道的过程中, 采用这种方法能够保证结构的密闭性, 实现自动化操作。焊接连接与其他连接方法相比更为经济, 其操作过程也已经实现了自动化。但是, 这种连接方法的缺点也比较明显。由于局部受热, 钢材的化学构造有所变化, 许多元素的含量也发生了变化, 导致结构容易受到脆性破坏。在施工过程中, 要保证焊接后节点处没有裂缝。因为裂缝的存在会使节点承受较大的力而产生新的裂缝, 它会沿着之前的裂缝迅速蔓延。在焊接的过程中, 加热、散热不均匀, 残余应力和残余应变的存在都会导致结构受到荷载时断裂。
焊接方法主要有4 种: (1) 手工电弧焊。利用电弧产生的3 000 ℃的高温将涂有药皮的、与焊件钢材相似的焊条滴落在熔池中。药皮的作用是保护焊缝, 降低焊缝的脆性。这种焊法很难控制, 对工人的操作水平也有很高的要求。 (2) 埋弧焊有自动和半自动2 种操作方式, 其生产效率高, 所形成的焊缝结构均匀, 力学性能好。焊接时间越短, 残余应变和残余应力对焊缝的影响就越小。与手工电弧焊相比, 这种焊接方法装配精密, 埋弧焊中没有药皮, 而是多了焊剂。因为电弧埋在焊剂的下面, 热量集中, 所以, 多将其用于厚杆件的焊接工程中。 (3) 气体保护焊与埋弧焊相反, 它适用于一些比较薄、比较小的焊件。在焊接过程中, 它用气体的保护代替了药皮, 将焊缝与有害气体隔绝起来, 而且焊缝熔化区内并没有熔渣, 施工人员可以清晰地看到焊缝的形成过程。 (4) 电阻焊主要运用的是电流在电阻中产生的热量, 用热量熔化金属, 再利用外界传递的压力完成焊接工作。一般情况下, 这种焊接方法的使用率并不高, 它主要被用于6~12 mm厚钢板的连接工程中。
因为焊缝的连接方式不同, 所以, 可以将其分为对接焊缝、搭接焊缝、T形连接焊缝和角焊缝。对接焊缝适用于板件相等, 构件在同一个平面内, 力量传递比较均匀, 没有明显的过渡, 用料也比较少的结构连接工程中。但是, 这种方法的焊接尺寸小, 对焊接技术有很高的要求, 而且焊件边缘和焊口也要提前加工。搭接焊缝适用于厚度不同的板件。这种焊法不仅会浪费焊材, 还会影响传力效果, 但是, 它操作简单, 所以被广泛应用。T形连接焊缝与其他的焊缝没什么不同, 只是连接杆件的形式不同。角焊缝的种类比较多, 它适用于大的、特大的构件连接工程。在施工过程中, 如果构件之间有缝隙, 则会出现应力集中的情况。
焊接残余应变和残余应力是影响焊缝质量的关键。要想保证焊缝质量, 就要减小这两种不利因素对焊接工艺的影响。在焊缝设计方面, 焊缝要尽量小。如果焊缝较大, 不仅会浪费焊材, 还会将焊接缺陷完全表现出来。另外, 焊接设计要合理, 要减少不必要的焊缝, 而且焊缝不能过于密集, 要尽量减少交叉数量。如果母板的同一个位置加热很多次, 热量就会过于集中, 焊接变形就会增大, 进而导致母板的化学组织和物理组织被破坏。与此同时, 要合理选择焊缝的位置——焊缝要尽可能设置在应力较小的地方, 使其对称于截面的中轴。这样做, 可以减小焊缝的直接受力, 减小焊缝的变形。在施工过程中, 采用合理的施工工艺是很必要的。在焊接前, 可以给焊件一个相反的预变形, 以此抵消焊接变形。在焊接过程中, 焊接顺序要合理, 以减小焊接应力。待焊接工作完成后, 可以用锤击或者碾压的方法加工焊缝, 使其得到相应的延伸, 从而降低焊接应力。对于小的焊件, 焊前要预热, 焊后回火也是减小残余应变和应力的有效方法之一。
2 螺栓连接
螺栓是一种机械零件, 将其与螺母配套使用是一种有效的连接方式。利用它可以紧固2 个带有通孔的构件。螺栓连接是一种可拆卸、重复使用的连接方式。螺栓连接的应用范围比较广——在建筑、铁道、车辆等工业工程中, 螺栓连接的使用率较高。因为它具有施工方便、施工效率高、强度大、循环利用率高和造价低等优点, 所以, 受到了各行各业施工人员的青睐。螺栓分为普通螺栓和高强度螺栓。普通螺栓根据制作的精细程度可分为精致螺栓和粗糙螺栓;高强度螺栓是用抗拉强度高的钢材制成的, 它主要应用于具有较高力学要求的连接工程中。
使用普通螺栓连接构件时, 要尽量少使用螺栓, 而且对螺栓群的排列也有一定的要求。一般情况下, 螺栓数不能少于1个, 以防1 个螺栓损坏导致整个接头被破坏的情况发生。在施工过程中, 一个节点处可以使用2 个以上的螺栓。螺栓排列可以分为并列和错列2 种。螺栓到焊件边缘的距离不宜过小, 否则容易导致钢材端部断裂;各个螺栓之间的距离也不宜过小, 一旦施加一定的力, 螺栓之间的钢材就会变为整个构件的应力集中处, 进而使这个部位的钢材发生脆性断裂。在螺栓工作的过程中, 当其受力较小时, 主要依靠的是接触面的摩擦力, 螺栓杆基本不受力;当其受力不断加大, 摩擦力已经不能满足相关要求时, 板件之间会有相对的滑移, 螺栓杆会与构件截面接触而受力。普通螺栓往往承受的是剪力和拉力, 当这两种力超过钢材的极限抗剪强度和极限抗拉强度时, 钢结构会断裂, 最终导致其整体被破坏。端部的钢板冲剪破坏和螺栓杆的弯曲破坏可以利用构造法解决, 而其他的破坏只能通过施工前的计算来控制。
高强度螺栓主要是利用栓杆产生的预应力完成工作的。常见的螺栓有大六角头螺栓和扭剪型螺栓。采用螺栓连接的关键在于控制预拉力, 保证摩擦面的抗滑能力。对于大六角头螺栓, 控制预拉力时可以采用力矩法和转角法。在工程中使用抗剪型螺栓时, 要用特殊的电动扳手将其拧紧, 安装后一般不拆卸。这种连接方法比较简单, 不需要特殊的操作即可保证其质量, 只需拧紧即可。
3 铆钉连接
铆钉是由头部和钉杆构成的一类紧构件, 它主要是通过自身变形产生的摩擦力完成连接工作, 具体的连接方法有冷铆法和热铆法。现在的建筑主要采用的是热铆法, 即先给铆钉加热, 使其高温膨胀, 然后迅速将铆钉打入铆孔。铆钉冷却后会收缩, 但是, 收缩变形过程会被两侧的钢板阻止。铆钉连接的特点是工艺简单、连接可靠、抗冲击性强, 与焊接相比, 它的缺点是噪声大、生产效率低, 能削弱15%~20%的被连接构件等。与焊接相比, 铆钉连接的经济性不强。
铆钉连接的力学性能比较好, 它能应用于建筑结构、铁路桥梁和锅炉制造等工程中。但是, 当其被破坏时很容易发现, 而且制作难度大、施工困难、抗拉强度低, 工程中已经不再使用。目前, 使用率较高的连接方法是焊接和高强螺栓连接, 使用铆钉连接的工程已经越来越少。铆钉连接仅应用于焊接和螺栓连接受到限制或振动荷载较大的金属结构中, 例如铁路桥梁、重型机械和起重机机架等。现阶段, 航空领域或飞行器、非金属元件 (汽车摩擦片或闸带) 等制造工程还是以铆钉连接为主。
4总结
要想更好地使用钢结构, 构件的连接至关重要。连接节点的质量决定了整个钢结构的稳定性, 不管采用哪种连接方法, 保证节点的安全性和稳定性是最重要的。每种焊接方法都有其使用范围和优缺点, 因此, 在施工过程中, 不仅要保证连接方式的安全性和稳定性, 还要确保施工方法简单、可操作。如果将这三种连接方法有机结合起来, 取长补短, 将会是一种新的连接方法。但是, 这种连接方法还需要不断的实践, 要确保其经济性和安全性。在连接手段和工艺的创新方面我们还有很长的路要走。
参考文献
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[4]施刚, 石永久, 王元清, 等.钢结构半刚性端板连接的设计方法与应用[J].工业建筑, 2003, 33 (8) :52-55.
钢结构节点 篇2
发表时间：2010-11-11 来源：鸣网 作者：
摘要：本文通过框架结构、梁柱节点、施工、模板四个方面系统的阐述了钢筋混凝土框架结构梁柱节点施工工艺以及质量控制。
关键词：框架结构；梁柱节点；施工；模板
钢筋混凝土框架结构梁柱节点也称节点核芯区，是主体结构的重要组成部分，是联系整个结构体系的枢纽，起承上启下的作用，因此具有十分重要的意义。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区，节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重时会引起整个框架的倒毁，下面谈谈节点施工的一些问题，探讨如何保证节点区的施工质量。
1、梁柱节点区的钢筋绑扎常见的问题：
1.1、箍筋的间距。
实际施工中常常出现的问题是：节点区箍筋缺少绑扎、数量不足、间距不分，或者几个箍筋全堆在一起，或者空空的一长段没有箍筋；
1.2纵筋的锚固。
而纵筋则可能会因弯钩被烧短烧断导致锚固长度不够
2、原因分析：
究其原因，一方面是部分施工作业班组质量意识不够、施工管理、监理人员素质较低，对节点区的重要性缺乏认识，质量意识比较淡薄；另一方面则是施工所采取的工艺流程限制，使得要做到节点区钢筋（尤其是箍筋）完全符合设计及规范要求十分困难，甚至是根本不可能。
3、常见的框架梁柱施工做法：
工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种：一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次全部按要求绑扎好，然后装柱模板、在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱砼，柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模（或者包括梁一边侧模），然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋影响了柱砼的浇灌作业，砼工往往不得不解开扎丝，从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让砼比较顺利地流入柱内。这样一来，节点区的箍筋就被打乱了，要恢复原状很不容易，而且要多费工时。在浇灌柱砼时部分钢筋还会被水泥浆污染，影响与砼的粘结。此外，节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦，尤其是穿带弯钩（如在边支座）的底筋十分困难。这时是钢筋工不得不敲打已绑好的节点箍筋，甚至会擅自烧断弯钩造成纵筋的锚固不够。
另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋，即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑，等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后，再在楼面上绑扎梁钢筋，绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法很容易漏掉节点区的柱箍筋，就是放了也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。实践中，也有些项目提出采取改进的办法在箍筋四个角设导筋，将节点区箍筋按要求间距绑在导筋上固定成短钢筋笼，然后再随梁骨架沉入模板内；或者采用两个“U”形开口箍套叠，再焊成封闭箍。实际上，只要是先把模板都安装好了再沉梁，无论是使用导筋还是“U”形开口箍，都难以很好地解决问题，尤其是高层建筑当柱比较大采用的是比较复杂的复合箍筋时，就根本不可能做到满足设计及规范要求。
实践中常见的情况是：在验收梁、板钢筋时，有关方面才发现和提出节点区箍筋问题要求施工班组整改。但是，此时往往模板都已安装完毕，如果不拆除节点区模板，根本是不可能整改到符合规范要求的。遗憾的是：实际上不少工程最后都是在“尽可能整改”中马虎过去。
实践证明：只有细分工艺流程，合理安排工作顺序，木工和钢筋工紧密配合，才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎：首先先将柱箍绑至梁底下；其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋；最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点（定位）箍筋。具体的施工流程：绑扎框架梁以下柱箍安装柱模浇灌柱砼（顶层边柱要注意留够梁筋的锚固位置）拆除柱模安装框架梁底模安放框架梁底筋绑扎节点箍筋绑扎框架梁钢筋梁面处加节点（定位）箍筋一道安装节点区模板安装框架梁侧模及楼板底模。这样的安排可能要增加绑扎框架梁钢筋使用的操作架，这时可以用工具式脚手架来解决。如果楼板底模是用钢管做顶撑，也可以先搭顶撑架，利用它来做绑扎梁钢筋的操作架。
2节点区的模板安装
梁柱节点支模一般都比较麻烦，工效低。施工实践中最常见的是采用现场临时散装的做法，容易出现尺寸偏差过大、拼缝不严密、表面平整度及接驳垂直度较差等通病，要拆除再重装往往十分麻烦，不便于进行节点内的杂物清理和节点箍筋的调整处理。结合节点箍筋的绑扎顺序，在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点模板，可以采取框架梁宽度范围以外（框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装）的节点模板采用工具式定制模板的改进做法。其具体要点如下：
3.1在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后，对节点进行分类编号。
3.2根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的模板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成，模板下部与柱的搭接长度取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后，绘制出各节点的模板制作图。
3.3安排熟练木工根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板，并做好相应的标识。模板可用18mm厚夹板制作，用40mm×50mm（柱截面大于1000mm时可用50mm×100mm）木枋做背楞，背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也预先加工好，矩形柱采用钢管夹具，圆形柱采用扁铁圆箍夹具，紧固对拉螺栓采用Ф12圆钢。
3.4随施工进度，现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定，检查安装标高及垂直度，调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓，再复查无误后用力收紧螺栓完成安装。另外，视情况可将节点模板与梁板模连结加固。
采用工具式定制节点模板体系，节点模板一般可以周转使用10次左右，可节省人工和材料；提前制作，又可节省现场作业时间，加快进度。
4、节点区的砼浇灌
框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分，所以节点砼强度等级应与柱相同。在工程实践中，多层框架设计上一般都取梁板砼与柱砼强度等级相同；若原设计图纸上标明的柱与梁板砼强度仅相差5MPa，一般也会在图纸会审时将梁板砼强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区砼施工只需与梁板一起浇筑并注意振捣密实即可。
而在高层框架结构的抗震设计中，为了满足框架柱的轴压比要求又避免柱子截面尺寸过大，往往需要取框架柱的砼强度等级比梁板砼高出2个或2个以上的5MPa。这种情况，施工时就要采取特别措施保证节点砼的质量。比较成熟有效的做法是：在梁柱节点附近离开柱边≥500mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5mm网眼的密目铁丝网分隔（做为高低等级砼的分界），先浇高标号砼后浇低标号砼，即先浇节点区砼后浇节点区以外的梁板砼。应注意的是：
4.1节点区砼与梁板砼应连续浇筑，不得将高低强度等级砼交界处留成施工缝或出现冷缝。
4.2应确定合理的砼配合比，严格控制施工配料，并在现场测控砼坍落度，加强对砼的养护，以防梁端高低等级砼交界附近出现砼收缩裂缝。节点区高强度等级的砼宜采用坍落度比较小的非泵送砼配合比，使用塔吊运输，可减少水泥用量和用水量，降低砂率，从而减小砼的收缩量。节点和梁的砼浇筑宜采用二次振捣法，以增强砼的密实性，减少收缩。
钢结构隐蔽节点中的监理控制 篇3
江苏安厦工程项目管理有限公司
摘 要：钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。近年来，随着我国经济的长足发展和钢产量的大幅提高，钢结构在我国的应用日渐广泛，而钢结构本身所具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等优越特点正逐渐被重视，这也是钢结构工程日益增多的原因之一。为此，国家建筑技术政策也随之发生了变化，即由以往限制使用钢结构转变为积极合理推广应用钢结构，从而进一步促进了钢结构工程技术的发展。
关键词： 钢结构 监理 拼接 涂装 验收
一、要切实作好钢结构制作及安装单位的考察与选择工作
钢结构工程的施工要经过工厂制作和现场安装两个阶段，这两个阶段可由一个施工单位完成，但有时也可能由两个单位分别完成（分包）。钢结构在制作阶段是整个钢结构施工过程中最大的隐蔽节点，如何控制好钢结构在厂制作对于钢结构安装起到至关重要的作用，以下是驻场监理人员需要注意的几个内容：
1、钢材用错
钢构用钢材主要有碳素结构钢Q235钢，低合金钢16Mn钢（Q345钢）、15MnV钢等，其中Q235钢共分A、B、C、D四个等级。常州地区设计常采用Q235B钢，该种钢保证了常温下的冲击韧性要求，适用于包括有吊车梁的钢结构厂房，但在实际工程质量检查中，常常会有工程参与者只简单地认为是Q235钢就行了。2、焊条用错
Q235钢同Q345钢连接，错误地采用E50系列。这种情况在设计无要求时常会产生。常人的习惯性思维是，高强与低强钢材之间的连接，应采用适合高强钢的焊条或焊剂，事实恰恰相反，不同钢材之间的焊接，从连接的韧性和经济方面考虑，应选用适合低材质的焊条、焊剂，只要能保证最终的焊缝强度同母材强度等强即行。通常，对于Q235钢来说，焊条应选用E43系列，对于Q345钢，应选用E50系列。对此，我们必须认识到用错焊条相当于用错钢材，所以，对焊条的选用，必须慎重。
3、焊缝探伤报告不符要求
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）中，明确规定“对工厂制作焊缝，应按每条焊缝计算百分比”。但实际操作中，往往对二级焊缝的探伤检测，误以焊缝条数计算百分比。《规范》规定只有对现场安装焊缝，才能以焊缝条数作为基数抽查20%。
二、钢结构现场安装阶段中基础分部需要控制的隐蔽节点
1、预埋螺栓的控制
地脚螺栓的预埋质量直接影响钢结构的安装质量，控制好地脚螺栓的位置、垂直度、长度和标高，对于减少扩孔及调整工作量（甚至避免返工），提高结构安装质量具有重要意义。地脚螺栓的预埋方法可采用直接预埋法，也可采用预留孔法。基础砼浇筑前监理工程师必须严格检查预埋螺栓施工方法的合理性、可靠性，以及各项实测指标是否在规范规定范围内。
2、二次灌浆的控制
在钢柱安装以前必须检查基础标高、基础轴线位置、螺栓位置是否符合要求，地脚螺栓仅起安装过程中的调整作用并抵抗在风载等作用下可能产生的拔力，钢结构自重等荷载一般通过柱底下的钢垫板支承。
钢结构施工过程中基础预埋螺栓和二次灌浆是基础分部中的重要工序，监理人员必须做好事前、事中、事后控制，这样方可为接下来的钢结构顺利吊装打下坚实的基础。
三、钢结构现场吊装过程中主需要控制的隐蔽节点
钢结构安装阶段的监理工作内容主要是监督承包单位内部管理体系和质保体系的运行情况，督促落实施工组织设计的各项技术、组织措施，严格按照国家现行钢结构有关规范、标准进行施工。钢结构安装阶段的监理工作应重点抓好以下几个环节：安装方案的合理性和落实情况、安装测量、高强度螺栓的连接、安装焊接质量、安装尺寸偏差的实测、涂装等。监理工作要加强现场巡视检查、平行检验和旁站监督，尤其是在目前部分钢结构施工单位素质偏低，施工仍欠规范的情况下，切实做好现场巡视和旁站，对于确保钢结构工程的施工质量，更有现实意义。以下是钢结构安装的工艺流程：基础顶预埋螺栓轴线标高复查—机械设备进场--构件清点及搬运—钢柱吊装—柱间支撑及港钢系杆--钢梁吊装—屋面檩条、支撑安装—吊车梁吊装--其它零星工程等。以下是钢结构安装阶段监理人员需要注意的几点问题：
1、高强度螺栓连接不符要求
高强度螺栓连接工程也是钢结构工程最重要的分项之一，也是目前施工质量的薄弱环节之一，主要表现在：（l）高强度螺栓有以次充好现象，（用普通精制螺栓代替高强度螺栓）；（2）高强度螺栓连接面处理达不到规范规定要求，包括表面处理情况，平整密贴情况，螺栓孔质量情况等；（3）高强度螺栓施拧不按规范规定进行，如不分初拧、终拧而一次完成，不用扭矩扳手、全凭主观估计等。高强螺栓进场必须要有出厂合格证，高强螺栓分两种：大六角头高强螺栓和扭剪型高强螺栓。其中扭剪型高强螺栓仅有10.9级（抗拉强度约1kN/mm2，屈服强度为抗拉强度的0.9倍）这一个级别，施工时分初拧和终拧，终拧是采用专用板手以拧掉尾部梅花头为标志；初拧可采用扭矩扳手。
扭剪型高强度螺栓是一种自标量型的螺栓，安装后螺栓预拉力难以检查，故要求扭剪型高强螺栓必须复试预拉力，确定其是否能满足设计预拉力的要求。
在新区的工程项目中绝大多数使采用大六角头螺栓，它有两个级别：10.9级和8.8级，施工时也分初拧和终拧。为保证高强度螺栓连接工程的施工质量，监理工程师必须以高度的责任心，在督促承包单位提高质量意识、加强质量管理、落实质量保证措施的同时，积极采用旁站监督、平行检验等工作方法，只有这样才能使高强度螺栓连接工程的施工质量处于严格的控制之下。
2、安装焊缝施工质量差
焊接工程是钢结构制作和安装工程最重要的分项之一，参建各方对现场安装焊缝的检测不够重视，甚至漠视安装焊缝的质量，对构件的正常承载与使用带来不安定因素。而安装焊缝由于是现场烧焊，条件较差，质量控制上的不确定因素更多。监理人员必须从事前准备，施焊过程和成品检验各个环节，切实作好焊接工程的质量控制工作。焊接质量问题较多存在于手工焊缝，这些问题有：焊瘤、夹渣、气孔、没焊透、咬边、错边、焊缝尺寸偏差大、不用引弧板、焊接变形不矫正、飞溅物清理不净等。鉴于这种情况，监理工程师必须做好以下各项工作：（l）检查焊接原材料出厂质量证明书；（2）检查焊工上岗证；（3）督促进行必要的焊接工艺试验；（4）施焊过程中加强巡视检查，监督落实各项技术措施；（5）严格进行焊缝质量外观检查和焊缝尺寸实测；（6）督促进行无损检测工作。
四、钢结构未来发展
英国钢结构冲压节点连接研究 篇4
一、冲压技术的原理
冲压是利用安装在冲压设备 (主要是压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件 (俗称冲压件或冲件) 的一种压力加工方法，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成形工程技术。
形成冲压的节点的模具由上下2个部分组合而成, 下部的模具又由3个部分合成, 它们是通过一个特殊的铆钉连接的。一个冲压点的形成过程实际上是一个受压和受剪的简单过程。当上部冲压模具压下合拢进入下部模具时, 钢板在下部模具的2个外侧承受剪力，随着钢板的不断受压，它慢慢进入下部模具内进而产生一定的横向变形。变形的大小可以通过模具来控制。这样，在一个单一的压力状况下，钢板可以通过受剪进入模具并被拉伸，从而形成一个紧闭的节点。由此可见，在整个过程中冲压的力量和模具本身是最为重要的。
二、冲压节点连接的抗剪性能试验
试验共选择了4种不同形式的钢构件，试件大小如图1所示，其中包括C型钢、Z型钢与平板，材料的厚度与特性见表，在试件的连接中心处冲压单个节点。
1. 试验表明冲压节点连接极限荷载的影响因素有：
(1)材料的抗拉强度，抗拉强度越高的材料连接所能承受的极限荷载越大。
(2)材料的厚度，较厚材料形成的连接所能承受的极限荷载较大。
(3)施加的荷载角度，施加荷载的角度不同对连接所能承受的极限荷载有巨大的影响，无论在何种情况下，最大极限荷载都出现在力的角度为0°的情况下，最小极限荷载值出现在力的角度为90°时，同时施加荷载的角度对失效形式也有影响，角度不同，失效形式也不同。
2. 利用试验结果归纳出极限荷载的计算公式
(1) 极限荷载与常规荷载的关系
其中m, n为常数。
(2)极限荷载与施荷角度的关系
同时试验表明影响荷载-变形关系的主要因素是角度, 随着施加荷载角度的增加, 极限荷载逐渐减小, 荷载-变形关系呈曲线变化, 但随着角度的增加, 可以发现塑性区域也相应增大, 整条曲线中平直段亦相应增大。而材料的抗拉强度, 本身的厚度对荷载-变形关系并不产生直接的影响。
图2材料1、2、3、4的荷载-变形关系图
三、冲压连接弯矩-扭转试验
试验选用了G275型镀锌钢材，材料的厚度分别为1.6mm和2.0mm，试验样品截面尺寸均为80mm×40mm。试验中节点连接通过冲压连接工具MDZ60完成，利用一个3T螺旋千斤顶施加荷载，并通过一个带有刻度的卡尺读取扭转值试验。材料的各参数性能详见下表2:
图3典型的弯矩-扭转关系曲线图
通过试验数据得到的弯矩-扭转关系曲线(图3)，在到达极限弯矩的75%的区域内弯矩与扭转之间的关系呈线性变化，随着弯矩的进一步增大扭转急剧增加，特别是在弯矩达到最大值之前的一段区域内，弯矩变化很小但此时的扭转迅速增大。材料的厚度对连接组合强度也有一定的影响，但影响的大小依赖于连接组合的节点个数，连接组合的节点数量越少，影响就越大;反之，连接组合的节点数量越多，影响就越小。随着连接组合节点数量的增加，连接所能承受的弯矩不断增大，2点组合最小，6点组合最大。同时，试验数据显示同样的节点数量，由于单个节点之间的距离发生变化，整个连接组合的形心也发生改变，试验数据指出随着节点之间间距的增大，连接组合所能承受的弯矩直线增加，两者间呈线性关系。当然，值得指出的是施加的荷载的角度不同对整个组合所能承受的荷载有相当大的影响。当X方向的间距增大时，整个组合的受力角度减小;当Y方向的间距增大时，整个组合的受力角度增大。
四、冲压连接组合节点的固接性研究
选择的构件为截面80mm×50mm，厚度1.5mm，抗拉强度383N/mm2的C型钢，试验构件跨度为3270mm，共进行了8组4个类别的试验。4个类别分别是：
Ⅰ.一般简单支撑连接试验
Ⅱ.单个螺栓连接试验(无固端连接，可能形成铰接点)
Ⅲ.4个冲压节点连接组合试验
Ⅳ.8个冲压节点连接组合试验
图4试验梁的端部连接图
试验时通过一个30KN的千斤顶加载，每次加载0.1KN，同时通过设置在跨中和跨内其他位置的应变仪记录应变值，这些应变仪对称分布在构件的顶部与底部，具体试验装置如图5所示。
通过8组试验发现所有连接构件的失效都是由于瞬时弯矩产生的受压边缘的局部屈曲引起的，但失效时受力的大小各不相同，见表4。
利用试验的数据进行塑性分析后，假设在支
图5试验装置布置图
注：其中采用8个冲压节点连接组合的构件屈曲荷载最大，比普通支撑连接高38%。
图6不同连接形式梁荷载-应变曲线对比图
撑位置出现了全部的塑性表现，那么失效荷载的大小可通过下式进行推算：
P：失效荷载
Mj：冲压连接的抗弯能力
Ms：冷成型钢的抗弯能力
将试验数据和计算结果进行对比，可以看出误差保持在10%以内，公式预测相当准确。
五、结论
通过对冲压节点连接的一系列试验，主要得出几点结论。
1. 冲压节点的强度随材料的厚度和抗拉强度增大而增加。
2. 冲压连接的抗剪能力与施加荷载的角度有关，当力的方向平行于节点长边方向时，抗剪最差;垂直于长边方向时，抗剪最好。
3. 冲压连接的抗剪强度可以通过公式计算，它与材料的厚度，抗拉强度和施加荷载的角度有关。
4. 冲压节点组合中节点间不同的间距对连接的抗弯能力有很大的影响。
5. 冲压节点组合的抗弯能力可以通过计算被比较准确的预测。
总之，经过对单个冲压节点和冲压节点组合的相关研究表明，冲压连接对冷成型钢结构的连接性能是比较经济而有效的。
参考文献
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钢结构节点 篇5
杨陈
（第五工程有限公司 云南昆明）
［摘 要：］在框架结构中，节点作为联系整个结构体系的枢纽，既是承受梁、柱、板等各种荷载的受力点，也是模板、钢筋、混凝土工程等多种交汇施工的重要部位。
钢筋混凝土框架结构梁柱节点也称节点核芯区，是主体结构的重要组成部分。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区，节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重时会引起整个框架的倒毁。但在工程实践中却往往对节点的施工重视不够，节点施工质量控制不严。
［关键词：］框架结构；梁柱节点；施工；模板 1工程概况
昆明市盘龙区龙江片区（大波村）保障房项目位于昆明东北部大波村，拟规划建设的大波村立交桥西南，西北绕城东连接线以南、昆曲高速路原严家山收费站以西。项目区距离昆明北部客运站约1.5公里，区位条件较好，周边已经形成较好的交通路网。
工程内容：我项目承建地块七9班幼儿园，地块八8-2#、8-3#楼及其附属裙楼、地下室附属结构。
9班幼儿园为该居住区配套公建工程，主要为框架柱结构。2节点区的钢筋绑扎
梁柱节点的钢筋主要应注意两点：
2.1箍筋的间距。2.2纵筋的锚固。
设计上一般是按照规范要求取节点区箍筋与箍筋加密区相同，包括箍筋的规格、直径和间距等；纵筋锚固也要求满足规范规定，包括伸入支座的直段及弯钩长度。实际施工中常常出现的问题是：节点区箍筋缺少绑扎、数量不足、间距不分等问题。究其原因，一方面是部分施工管理、监理人员素质较低，对节点区的重要性缺乏认识，质量意识比较淡薄；另一方面则是施工所采取的工艺流程限制，使得要做到节点区钢筋（尤其是箍筋）完全符合设计及规范要求十分困难，甚至是根本不可能。
工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种：一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次全部按要求绑扎好，然后装柱模板、在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱砼，柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模，然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋影响了柱砼的浇灌作业，砼工往往不得不用撬杠从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让砼比较顺利地流入柱内并振捣。这样一来，节点区的箍筋就被打乱了，要恢复原状很不容易，而且要多费工时。在浇灌柱砼时部分钢筋还会被水泥浆污染，影响与砼的粘结。此外，节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦，尤其是穿带弯钩（如在边支座）的底筋十分困难。这时是钢筋工不得不破坏已绑好的节点箍筋。
另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋，即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑，等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后，再在楼面上绑扎梁钢筋，绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法很容易漏掉节点区的柱箍筋，就是放了也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。尤其是建筑中当柱采用的是比较复杂的复合箍筋时，就根本不可能做到满足设计及规范要求。
实践中常见的情况是：在验收梁、板钢筋时，有关方面才发现和提出节点区箍筋问题要求施工班组整改。但是，此时往往模板都已安装完毕，如果不拆除节点区模板，根本是不可能整改到符合规范要求的。遗憾的是：实际上不少工程最后都是在“尽可能整改”中马虎过去。
实践证明：只有细分工艺流程，合理安排工作顺序，木工和钢筋工紧密配合，才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎：首先先将柱箍绑至梁底下；其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋；最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点（定位）箍筋。具体的施工流程：绑扎框架梁以下柱箍安装柱模浇灌柱砼（顶层边柱要注意留够梁筋的锚固位置）拆除柱模安装框架梁底模安放框架梁底筋绑扎节点箍筋绑扎框架梁钢筋梁面处加节点（定位）箍筋一道安装节点区模板安装框架梁侧模及楼板底模。节点区的模板安装
梁柱节点支模一般都比较麻烦，工效底。施工实践中最常见的是采用现场临时散装的做法，容易出现尺寸偏差过大、拼缝不严密、表面平整度及接驳垂直度较差等通病，要拆除再重装往往十分麻烦，不便于进行节点内的杂物清理和节点箍筋的调整处理。结合节点箍筋的绑扎顺序，在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点模板，可以采取框架梁宽度范围以外（框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装）的节点模板采用工具式定制模板的改进做法。其具体要点如下：
3.1在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后，对节点进行分类编号。3.2根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的模板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成，模板下部与柱的搭接长度取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后，绘制出各节点的模板制作图。
3.3安排熟练木工根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板，并做好相应的标识。模板可用10mm厚夹板制作，用40mm×50mm（柱截面大于1000mm时可用50mm×100mm）木枋做背楞，背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也预先加工好，矩形柱采用钢管夹具紧固对拉螺栓采用Ф12圆钢。
3.4随施工进度，现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定，检查安装标高及垂直度，调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓，再复查无误后用力收紧螺栓完成安装。另外，视情况可将节点模板与梁板模连结加固。
采用工具式定制节点模板体系，节点模板一般可以周转使用10次左右，可节省人工和材料；提前制作，又可节省现场作业时间，加快进度。节点区的砼浇灌
框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分，所以节点砼强度等级应与柱相同。在框架结构的抗震设计中，为了满足框架柱的轴压比要求又避免柱子截面尺寸过大，往往需要取框架柱的砼强度等级比梁板砼高出2个或2个以上的5MPa。这种情况，施工时就要采取特别措施保证节点砼的质量。比较成熟有效的做法是：在梁柱节点附近离开柱边≥500mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5mm网眼的铁丝网分隔（做为高低等级砼的分界），先浇高标号砼后浇低标号砼，即先浇节点区砼后浇节点区以外的梁板砼。应注意的是：
4.1节点区砼与梁板砼应连续浇筑，不得将高低强度等级砼交界处留成施工缝或出现冷缝。
4.2采用商品混凝土，并在现场测控砼坍落度，加强对砼的养护，以防梁端高低等级砼交界附近出现砼收缩裂缝。节点区高强度等级的砼宜采用坍落度比较小的砼配合比。节点和梁的砼浇筑宜采用二次振捣法，以增强砼的密实性，减少收缩。
木结构榫卯节点耐火极限试验研究 篇6
摘要：为研究我国古建木结构榫卯节点的抗火性能，进行了4个燕尾榫榫卯节点的耐火极限试验、以及1个未受火对比试件的承载力试验研究.承载力试验表明，未受火对比试件的梁跨中竖向位移基本随荷载线性变化，没有明显屈服点，延性较差.根据该对比试件的承载力试验值、以及各耐火极限试件持荷比参数取值，确定了耐火极限试件的预加恒定荷载值.耐火极限试验中，持荷比25%，37.5%，50%试件的耐火极限分别为59，44，21 min，持荷比50%并涂有防火涂料试件的耐火极限为58 min，表明持荷比的减小、以及采用防火涂料均可显著提高耐火极限.温度数据表明，持荷比对温度上升速率没有明显的影响，榫头与卯口之间2～4 mm的微小间隙对传热的影响几乎可以忽略.
关键词：榫卯节点；耐火极限；截面温度；持荷水平；破坏形态
中图分类号：TU366.2；TU352.5文献标识码：A
Abstract： To learn the fire resistance performance of wood mortisetenon joints of commonly used wooden species in China， 4 framed mortisetenon joints commonly used in ancient wooden structures were exposed to fire， and 1 contrast specimen of bearing capacity test was experimentally studied. It is found that， in the capacity test， the vertical displacement of the contrast specimen in the middle of the beam changes linearly with the load. Meanwhile， there is no obvious yield point and the specimen has poor ductility. The value of the constant load of 4 specimen applied in the fire endurance test was identified according to the bearing capacity of the reference specimen and the different load ratio. The fire endurance of specimen with a load ratio of 25%， 37.5% and 50% was 59， 44， 21 minutes respectively， and the fire endurance of the specimen with fire proof coating and a load ratio of 50% was 58 minutes， which indicates that the decrease of load ratio and the fire proof coating can both effectively increase the fire endurance of mortisetenon connection. Temperature data have shown that the load ratio has little impact on the rate of temperature rise， and the small gaps of 2～4 mm between the tenon and the mortise has little impact on the heat transfer of wood.
Key words：mortisetenon joint； fire endurance； section temperature； load level； failure mode
榫卯连接是中国古建筑木结构的特色之一，作为结构受力的关键部位，其耐火极限是古建筑木结构抗火性能的重要研究内容.
国外学者对木结构节点的耐火性能进行了相当数量的试验研究.Norén[1]做了木材木材木材钢钉（WWW）连接节点的耐火极限试验，结果表明持荷水平和侧材的厚度对WWW的耐火极限影响很大，而钢钉的直径影响作用不大.Audebert等[2]对木材钢板木材（WSW）连接木结构节点进行了试验研究和数值分析，主要研究了顺纹受拉WSW连接节点在受火状态下力在螺栓或销栓中的温度分布情况以及两者的异同，并利用三维有限元模型进行了验证.De Moraes等[3]在小型加热炉中对木材木材木材螺栓连接形式的连接节点进行了恒温耐火极限试验，指出温度对木结构连接节点耐火极限性能影响很大.Lei[4]进行了WWW，WSW，SWS连接耐火极限的试验研究和有限元模拟，分析了木材厚度、螺栓的直径、螺栓的端距对木结构节点的耐火极限的影响.
近年来，林业资源的恢复和进口木材数量的增多促成了我国木结构建筑市场的升温，木结构火灾性能的研究探索也日益受到重视.李向民等[5]进行了四面受火木柱耐火极限的试验研究，研究不同持荷水平、采用石灰膏抹面对木柱耐火极限的影响.许清风等[6]进行了石灰膏抹面木梁受火后受力性能静力试验研究，分析石灰膏抹面对木梁火灾性能的影响.张晋等[7]进行了三面受火木梁耐火极限的数值模拟，结果表明持荷水平、木材密度对三面受火木梁耐火极限影响较大.汝华伟等[8]进行了胶合木构件螺栓连接的火灾试验，表明螺栓的直径和间距对耐火极限影响不大，而增加侧材厚度、降低荷载水平、增加连接端距能提高其耐火极限.倪照鹏等研究了木构架墙体、木构架楼板、天花板吊顶，以及胶合木梁和木柱的耐火性能、破坏模式，同时验证了构件的耐火极限[9].
对于榫卯节点，目前对其抗震机理及加固后的耗能特性已有大量的阐述和研究[10-13]，但对其抗火性能的研究则很少，目前为止，尚未见到国内外公开发表的相关文献.
本文通过1个榫卯节点未受火对比试件极限承载力试验和4个梁柱式榫卯节点耐火极限试验，研究不同持荷水平、不同表面处理方式对榫卯节点耐火极限的影响，为木结构的防火设计提供参考.
1试验概况
1.1试验设备、材料
试验在东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室的大型水平试验炉中进行，炉体尺寸为4.0 m×2.5 m×1.5 m.
试件木材采用胶合木花旗松，常温（20 ℃）下的密度为480 kg/m3，含水率为10.4%，顺纹抗压强度为29.38 MPa，顺纹抗拉强度为78 MPa，径面抗剪强度为5.76 MPa，弦面抗剪强度为4.53 MPa，顺纹弹性模量为10 178 MPa.
试验中采用镍铬镍硅材料制成的K形铠装热电偶，测温范围为-200 ℃～1 300 ℃.防火涂料为球盾牌B602饰面型，对表面要求涂刷防火涂料的试件，每3 h涂刷1次，共涂刷3次，每平方米防火涂料用量约为450～500 g，涂料厚度约为1 mm.
1.2试件设计
本次试验的5个榫卯节点试件编号见表1.各试件尺寸均相同，如图1所示.
1.3对比试件承载力试验加载方案及测点布置
1.3.1加载方案
未受火对比试件承载力试验与受火试件耐火极限试验加载装置相同，如图2所示.
试验中，将榫卯节点柱底部插入固定于试验炉底部的柱础内，柱顶部利用液压千斤顶施加固定荷载200 kN，用以模拟柱中轴力；梁的另一端简支在混凝土柱墩顶端，在梁的跨中处利用液压千斤顶施加逐级增大的荷载，直至试件发生破坏，确定试件的极限承载力.
1.3.2测点布置
在梁的跨中位置布置拉线式位移计，拉线式位移计缠绕在梁跨中的钢钉上.
在梁的不同位置黏贴应变片，位置如图3所示.
1.4耐火极限试件加载方案及测点布置
1.4.1加载方案
加载装置与未受火对比试件承载力试验相同.
受火前，与对比试件一样在柱顶部施加固定荷载200 kN；而梁跨中预加的恒定荷载则由对比试件梁跨中的极限承载力和持荷水平来确定.各耐火极限试件的持荷水平见表1.
本次试验采用ISO834 标准升温曲线.在受火过程中，柱受火部分为梁底部向下25 cm范围内，梁受火部分为柱端右侧25 cm范围内.采用耐火棉包裹住试件不受火的部分，并封闭试件顶部以避免千斤顶受火.
2结果及分析
2.1对比试件极限承载力试验
2.1.1试验现象
试验过程中，随着荷载的增加，木梁梁端底部与柱边之间开始出现间隙，当梁跨中荷载施加到40 kN时，会发出轻微声响，表面并未有其它现象；当荷载施加到80 kN会有持续不断的连续声响；荷载施加到180 kN时候，发生一声巨响，荷载无法继续保持，试件破坏.观察试件发现：木梁榫头部位在榫窄底部位置处约一半的高度处被剪断，然后在中间位置处沿着木梁顺纹方向劈开，产生一条巨大裂缝，试件破坏，破坏照片如图5所示.
2.1.2主要试验结果
图6～图8分别给出了梁柱式榫卯连接荷载位移曲线和荷载应变曲线.由于在试验过程中应变片3，4被扯断，数据丢失，本节给出其它测点应变数据.
位移/mm
图6荷载位移曲线
Fig.6Loaddisplacement curve
从图6可以看出，梁跨中位移随着荷载的增大而逐渐增大，并没有屈服点，其延性较差.从图7，图8可以看出，测点应变数据基本随着荷载的增大呈线性增大.
荷载/kN
图7荷载应变曲线（应变片1～6）
Fig.7Loaddisplacement curve（strain gauge 1～6）
荷载/kN
图8荷载应变曲线（应变片7～10）
Fig.8Loaddisplacement curve（strain gauge 7～10）
2.2耐火极限试验
2.2.1试验现象
极限承载力试验中对比试件梁跨中的极限承载力为180 kN，故k25，k37.5，k50，kp50耐火极限试验过程梁跨中的预加荷载分别取为45 kN，67.5 kN，90 kN，90 kN.柱顶施加的预加荷载和对比试件极限承载力试验中柱顶施加的荷载一样，均为200 kN.
在试验初期，榫卯节点试件受火后，温度升高，试件开始炭化，大量烟雾从炉中冒出.随着时间的增加，试件开始燃烧，烟雾减少，梁跨中的位移逐渐增加.在试验将近结束的时候，梁跨中位移急剧增大，施加的预加荷载无法继续保持，耐火极限试验结束.图9为试件k37.5试验后的照片.
2.2.2主要试验结果
将各耐火极限试验过程中各试件梁的跨中位移时间曲线汇总如图10所示.
从图10可以看出：k25，k37.5，k50 3组试件跨中位移最大值分别为26.62 mm，23.63 mm，17.21 mm.受火时间相同时，梁柱式榫卯连接节点梁跨中的位移随着荷载的增大而增大，且荷载越大，跨中位移增加的幅度越大.随着受火时间的增加，跨中位移增大的速度越来越快.试验进行到一定时间后，梁跨中位移急剧增大，当位移速度超过某一速度时，梁跨中的预加荷载无法继续维持，即认定试件破坏，此时对应的时间就是耐火极限.各试件耐火极限汇总如表3所示.
由表3可以看出，在试件材料、截面相同的情况下，持荷水平、有无表面处理措施成为影响耐火极限的重要因素，k37.5的耐火极限比k25降低了25.4%，k50的耐火极限比k37.5降低了52.3%，这表明随着持荷水平的增加，试件耐火极限减小，在持荷水平较低时，持荷水平对试件耐火极限影响较小；本试验中，持荷水平为50%的四面防火涂料试件要比相同持荷水平无表面处理措施的试件提高约176%，由此可见，对试件表面进行处理可较大程度提高耐火极限.
2.2.3截面温度变化
榫卯节点耐火极限试验结束时，梁跨中的位移突然增大，埋置在梁截面内部的热电偶线被拔出，未能采集到降温阶段的温度数据，故本节只给出了测点在升温阶段的温度数据.
图11为试件k37.5的炉温及部分测点温度随时间的变化曲线，可以看出试验中炉温升温曲线与ISO834标准升温曲线吻合较好，其余试件情况相同.同时可以看出，由于炉温远高于测点温度，将炉温、各测点温度绘制在同一图表中导致难以清晰表达各测点的温度，故后续相关图表中，略去炉温变化曲线.
试件k37.5测点保存较为完好，且其余各组试件的测点与k37.5具有相似的升温趋势，故本节仅取试件k37.5进行分析，温度变化曲线见图12.
比较7#，8#和1#，2#两组温度测点：测点7#和8#测量的都是榫头处的温度，但7#测点的埋置深度比8#深30 mm.可以发现8#测点的温度始终大于7#测点，且两者之间的温差随着时间的增加逐渐增大，在达到极限破坏时温差为57.90 ℃.同样1#和2#测点的距受火侧面距离相等，但2#测点的埋置深度比1#深30 mm，由于1#测点温度一开始仅比2#测点小2.3 ℃，可认为两者初始温度相等，试件破坏时1#测点温度比2#测点大31.5 ℃.表明其他条件相同时，测点埋置深度越浅，其温度越高.
比较温度测点1#，3#：两者测量的是梁同一截面处的温度，两者埋置深度相同，但1#测点距受火侧面更近.分析试验结果可以发现1#测点的温度始终大于3#测点，且两者之间的温差从最初的1.8 ℃扩大为试件极限破坏时的30.4 ℃，表明其他条件相同时，距受火侧面越近，测点温度越高.
3#，8#测点的埋置深度、距受火表面的距离均近似相同，但8#测点与受火面之间存在榫头与卯口之间的2～4 mm的微小间隙而3#测点没有这条间隙.试验结果发现3#，8#测点的温度几乎相同，两者之间的最大温差仅为5.1 ℃，表明榫头与卯口之间2～4 mm的微小间隙对木材的传热几乎没有影响.
将无防火涂料试件（k50）和四面防火涂料试件（kp50）进行测点2#，7#的温度数据对比，结果见图13.可以看出，涂刷防火涂料后，测点温度明显降低，从而降低了木材的炭化速度，并最终极大地提高了试件的耐火极限.
将试件k25，k37.5和k50测点2#，7#的温度数据进行对比，结果见图14.为更好地进行对比，图中的温度为相对于各自初始温度的温差.对于2#测点，持荷水平为50%的试件温度上升速率要远大于持荷水平为25%的试件，对于7#测点，持荷水平为50%的试件和持荷水平为25%的试件温度上升速率基本相同，因此可以看出，持荷比对测点温度上升速率的影响并没有明显的规律性.
3结语
1）对比试件的梁跨中竖向位移基本随荷载线性变化，并没有明显屈服点，延性较差.
2）耐火极限试验中，k37.5的耐火极限比k25降低了25.4%，k50的耐火极限比k37.5降低了52.3%，这表明随着持荷水平的增加，试件耐火极限减小，同时在持荷水平较低时，持荷水平对试件耐火极限影响较小.
3）对试件表面涂刷防火涂料可在较大程度上提高榫卯节点的耐火极限.
4）持荷比对测点温度上升速率的影响并没有明显的规律性.
5）榫头与卯口之间2～4 mm的微小间隙对传热的影响几乎可以忽略.
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钢结构梁柱节点连接的优化设计 篇7
在钢结构整体设计过程中, 梁柱连接节点的设计具有十分重要的意义, 连接节点设计的安全性能够为钢结构的整体性、可靠性提供一定的保障, 并且直接关联着制造安装作业质量与作业进度, 以及整体建设周期与成本, 针对此, 必须对钢结构梁柱节点连接设计进行不断深入的分析与研究, 以促进我国钢结构项目的良好发展。
2 钢结构梁柱节点的基本特征
在进行钢结构设计时: (1) 需要解决的问题为在相应的计算模型中确定钢结构连接形式; (2) 还要确定具体的传力途径, 之后才可将整体结构受力模型简化; (3) 再采用相关软件进行分析计算。依据传力特征的差异性, 节点连接主要包括刚接、铰接与半刚性连接, 具体情况如下:
(1) 铰接连接节点的柔性较大, 钢梁仅在腹板部位采用高强螺栓连接形式, 上、下翼缘处不需要进行现场焊接操作。铰接构造较为简便, 能够在很大程度上简化现场的安装程序与流程, 并且还可大大减少现场整体作业量, 同时, 现场安装操作也不会受到天气与季节变化的影响, 大幅提升了钢结构安装速度。但铰接连接刚度与耗能性能较差, 不利于结构的抗风与抗震。
(2) 刚性连接节点的强度与刚度相对较高, 并且具备良好的受力性能, 但构造较为复杂, 施工难度较大。在钢结构梁柱节点设计过程中, 通常采用刚接形式进行, 主要原因在于梁柱节点所承受的荷载往往较大, 并且还需要有低于风荷载与水平地震所引发的位移现象。
(3) 半刚性连接节点的刚度与强度处于铰接与刚接之间。《钢结构设计规范》没有对半钢性连接计算与设计方案进行明确的规定, 节点的转动刚度也大多无法确定, 在工程设计中一般不采用此种节点连接形式。
通过诸多实践经验与结果可以发现, 将连接作为理想刚接或铰接, 可大大简化计算路程, 所获得的计算结构与实际情况之间必定存在较大的偏差, 当前主要采用调整系数的方式尽可能减少此类偏差。
3 钢结构梁柱节点连接设计优化措施
3.1 高强螺栓连接的梁柱节点
3.1.1 高强螺栓连接的类型与受力特点
依据设计与受力要求的差异性, 可将高强度螺栓大致分为承压型与摩擦型两种, 其中, 在进行摩擦型高强度螺栓连接的抗剪设计时, 主要依据外剪力所能够达到的由螺栓预压力提供的最大摩擦力为基础的, 因此, 在进行具体设计时, 需要确保摩擦力能够较好的承受整体使用期间的外剪力, 并且还需保证螺栓杆与孔壁间始终保持原有空隙, 以避免板件间相对滑移变形问题的发生。一般情况下, 螺栓受力形式如图1所示。
在进行承压型高强度螺栓连接设计时, 仅需要对正常使用荷载作用环境下剪力低于最大摩擦力进行充分的考虑, 如果剪力超过最大摩擦力, 就需要通过螺栓杆身剪切与板件接触面间摩擦力同时传力。当采用高强度螺栓连接形式进行节点连接设计时, 螺栓受拉力主要通过减少板件间夹紧力的方式承受, 在接触面间形成的正压力会产生一种较大的摩擦力, 其能够提供正常荷载作用下的拉力, 如果外荷载超过此类摩擦力, 则连接板的接触面部位就会发生滑移现象, 就认为是连接失效。
3.1.2 承压型高强螺栓连接设计
就当前情况来看, 相比于摩擦型高强度螺栓连接形式, 国内采用承压型高强度螺栓连接的情况相对较少, 有效的参考资料较少, 大部分教科书仅对摩擦型高强度螺栓连接进行了较为详细的介绍, 对于承压型高强度螺栓连接的介绍相对简单, 所以我国当前的设计大多以现行结构设计规范 (以下简称规范) 为主。在计算承压型高强度螺栓时, 对于剪连接沿着杆轴方向的受拉连接, 以及承受剪力与杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓连接计算, 应当严格按照规范进行。
在原规范中, 抗剪连接与同时承受剪力与杆轴方向拉力连接中, 需确保承压型高强度螺栓受剪承载力设计值低于按照摩擦型连接的规定, 主要原因在于承压型高强度螺栓研究相对较浅, 特别是使用经验的广泛缺乏, 所以需对其进行详细的、严格的计算。在采用承压型高强度螺栓连接形式时, 需确保其承载力低于摩擦型连接形式的1.3倍, 以保证钢结构的安全性与可靠性。
按照规范规定的结构平均荷载分项系数大约为1.3, 在荷载准值情况下, 对于满足此项要求的承压型高强度螺栓, 不会出现滑移问题, 有利于结构变形, 但无法充分发挥出承压型高强度螺栓自身效能。但要想采用承压型高强度螺栓模式, 允许发生一定滑移变形的连接是运用的前提条件, 即为对承载力进行了一定的控制。
3.2 全焊节点连接
3.2.1 全焊节点连接特点
全焊节点连接是一种在当前高层钢结构工程中获得较为广泛运用的一种梁柱节点连接形式。一般情况下, 梁柱焊接节点构造形式有许多种, 其中, 梁通常为H形, 而柱则有H形、箱形两种形式。全焊节点连接较为便利, 并且还可在一定程度上节省钢材, 整体刚度也相对较大, 其在抗弯钢结构中具有十分重要的作用。大多数人们均认为梁柱焊接节点具备良好的韧性, 并且还能够采用塑性变形的方式吸收地震能力, 以维持结构的稳定性, 由此可知, 其抗震性能较良好, 但通过多数实践经验可知, 在大部分地震灾害中, 钢结构的脆性破坏部位几乎都处于梁柱焊接节点部位, 经过强烈地震灾害的作用, 虽然已经出现了较为显著的塑性变形现象, 但在具体连接部位还出现了焊缝开裂问题。通常情况下, 焊缝连接形式如图2所示。针对此类问题, 为了避免焊接钢结构脆性破坏问题的发生, 必须保证母材与接头各部位仅具有充足的断裂韧度值, 对于其韧度值, 还要、要从设计上全面消除梁柱焊接节点处的应力集中情况。
3.2.2 全焊节点设计
为了避免结构刚度增加现象的出现, 在接头部位应力较集中时, 应当依据“强节点弱杆件”原则, 适当加强节点。在不会出现失稳现象时, 可适当削弱梁, 在梁上形成“塑性铰”。同时, 还应当尽可能的减少结构与焊接结构处的应力集中, 对于腹板工艺孔, 应确保其能够平滑过渡, 避免应力集中现象的出现。此外, 在不减小腹板连接强度环境下, 还可适当增加工艺孔, 为焊接操纵提供便利, 提升焊缝质量。
3.3 摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
(1) 通常情况下, 焊缝的破坏强度要远远超过高强螺栓强度, 基于抗滑极限强度, 应将其比值控制在1~3范围内。 (2) 对于需验算疲劳的连接设计, 不可采用此类连接形式。 (3) 如果先进行焊接操作, 并且板间不夹紧, 此时应当采用大直径螺栓, 但需要将螺栓自身抗剪承载力设计值与折减系数相乘。 (4) 在静力荷载环境下, 摩擦型高强度螺栓与侧角焊缝共同作用。在直接承受动荷载作用的连接中, 不可直接采用此种连接形式, 应当采用先栓后焊工艺。此外, 在进行设计时, 应当对温度影响进行充分的考虑, 并适当拆减高强度螺栓预拉力。 (5) 对于能够共同工作的混合连接, 其总承载力应当按照不同连接方式承载力的总和考虑。
4 结语
综上所述, 在进行钢结构梁柱节点连接设计时, 需对钢结构结构受力特点、适用条件等方面因素进行全面的考虑, 并且还要对相关问题进行深入的、细化研究, 在结合项目实际情况的基础上合理设计, 以确保整体钢结构受力的安全合理。这就要求结构设计人员必须熟练的掌握结构设计各方面内容, 并且还要对结构建设事项进行不断深入的了解与掌握。
参考文献
[1]杨伟兴.有关钢结构梁柱节点连接方法的分析和探讨[J].科技资讯, 2010 (05) :85.
[2]黄冀卓, 王湛, 潘建荣.钢结构梁柱连接节点刚度的半解析测试方法[J].工程力学, 2011 (28) :105~109.
钢结构梁柱刚性节点的抗震设计 篇8
在多高层房屋钢结构抗震设计中,梁柱刚性节点设计是一个非常重要的组成部分。节点设计是否恰当将直接影响到结构承载力的可靠性和安全性,是至关重要的。钢框架平面节点布置,如图2所示。
现行国家《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010(以下简称“规范”)中构件的连接需符合强连接弱杆件的原则,对连接应进行2阶段的设计:第1阶段,要求按构件的承载力(注意:不是设计内力,应避免按设计内力设计时构件截面及焊缝偏小从而给第2阶段极限承载力设计带来困难)进行连接的弹性承载力设计,其应采用的表达式S≤R/r(即规范公式5.4.2),该条文在规范中为强制性条文。第2阶段,进行连接的极限承载力设计,其表达式为Mundefined≥ηjMp(即规范公式8.2.8-1),该条文在规范中为一般性条文。
1 S≤R/rRE
规范要求应采用S≤R/rRE进行结构构件的截面抗震验算,其中S是地震组合设计值、rRE为承载力抗震调整系数。
规范明确规定所有杆件和连接均应按弹性设计,由于地震的不确定性,当遇到超出基本烈度的大震时,为使构件在充分出现塑性铰的同时,节点完整不坏,结构不发生整体倒塌,在设计中加强节点也是十分必要的。同时地震是偶然作用,结构抗震可靠度要求可比承受荷载作用下的可靠度要求低,而结构构件的截面抗震验算借用非地震作用的表达式,因而可对可靠度进行调整。按表达式S≤R/rRE对杆件和节点进行设计验算时,结构杆件的地震内力组合设计值只能作为控制杆件截面的依据。当结构杆件截面确定之后,就应以杆件截面承载力设计值为依据来进行连接的抗力设计。如框架结构中的框架梁,就应使梁柱连接处连接的抗弯承载力设计值大于框架梁的抗弯承载力设计值,并使2者之比不小于连接承载力抗震调整系数与框架梁抗震调整系数之比。
2 Mundefined≥ηjMp
为了达到强节点弱杆件的保证,《建筑抗震设计规范》又要求钢结构构件连接应按地震组合内力进行弹性设计,并应进行极限承载力验算。对于梁与柱连接的极限受弯承载力应符合Mundefined≥ηjMp。
工程实例:沙特北方某水泥熟料生产线,其桁架转运楼为31 m高、5层钢框架结构,地震设防烈度7度,地震加速度0.15g,场地类别为第2类,设计地震分组为第3组。梁柱均采用热轧H型钢,钢号均为Q235。
建模通过STS软件的计算可知,图1所示节点红色部分即表示节点的连接设计不满足规范第8.2.8条的规定。由于部分设计人员缺乏对该公式的理解,在处理此处问题是只是一味的加大钢梁截面。仅增大钢梁截面,构件的极限承载力提高得非常有限,但是用钢量却增大很多,这种做法显然不合理。通过对公式Mundefined≥ηjMp的分析可知:Mu主要与梁翼缘板面积和梁高有关,与梁腹板厚度无关。Mp的大小主要受构件截面塑性抵抗矩Wp的控制,而Wp的大小则与截面的尺寸有关。增大粱翼缘板尺寸和梁高虽然可以增大Mu的值,但Wp的值也会相应的增大,这就是为什么增大钢梁截面,构件的极限承载力提高得非常有限的原因。
3 抗震设计中节点的处理方法
在抗震设计阶段,为了满足正确的连接设计要求,必然需要采用塑性铰外移的梁端增强式连接或在离梁端不远处将梁的上下翼缘进行削弱的狗骨式连接。规范推荐的节点增强连接的主要形式,如图3所示。其连接方法都是为了使连接处焊缝的弯曲应力低于梁在塑性铰处的弯曲应力而采取的措施。
狗骨式连接之所以要采用削弱梁截面的方式,就是因为考虑到梁端与柱的连接焊缝,不可避免的存在某些缺陷,连接承载力有可能还是低于梁的承载力,为了确保万无一失,不得已采取削弱梁截面抗弯能力的措施。相对而言,也就等于提高了连接的抗弯能力,使两者之间的强弱关系发生转化,同样可以使框架梁在水平地震作用下不会首先在连接处破坏。
在采用梁端增强式塑性铰外移的连接中,梁腹板与柱的连接有条件可采用只承受剪力的假定,但在狗骨式连接中,梁腹板与柱的连接只宜采用同时承受剪力和弯矩的假定。梁端翼缘采用加强式连接,使塑性铰外移后,梁腹板在塑性铰处的弯矩就可以通过一定长度的盖板及其侧焊缝传递给梁端的对接焊缝。当使用狗骨式连接时,由于梁端的抗弯能力并不增大,其柱截面可不做增大处理。但需注意,由于狗骨式连接,其上下翼缘削弱较多,平面外的稳定性较差,因此必须注意加强上下翼缘隅撑的设置。狗骨式连接,如图4所示。
4 结 论
a.节点是钢框架结构抗震设计的重要组成部分,节点的变形耗能能力是结构在地震作用下保证“大震不倒,小震不坏”的关键。钢框架节点的构造形式比较多,受力性能比较复杂,应根据不同的构造采用不同的计算方法。
b.钢框架梁端的焊接部位及其周围,常因应力大、变形集中而破坏,为了防止节点的脆性破坏,设计人员要充分了解节点的破坏形式、受力原理,按“强柱弱梁”、“强连接弱构件”进行设计计算,必须排除在常规的等截面梁上未经任何加强或削弱就直接与柱连接的做法。合理确定构造,以有效改变应力大、变形集中的状况;同时应保证施工质量,确保框架在地震作用下的整体抗震安全性。
c.节点无论是梁端削弱式还是加强式,设计的目的都是希望在地震作用下,在梁柱节点以外出现塑性铰,即出现在钢梁上。
摘要：通过学习现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)关于抗震节点设计的条文,总结出了钢结构房屋梁柱刚性连接节点设计的几个要点,针对具体梁端消弱式节点和梁端加强式节点,提出了相应的构造措施和应用特点。
关键词：抗震设计,梁-柱刚性连接节点,塑性铰
参考文献
[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ99-88,高层民用建筑钢结构技术规范[S].
[3]钢结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
钢结构节点 篇9
关键词：连接节点,有效宽度法,均力法
钢结构连接节点的计算方法是钢结构设计的重要环节,目前各个国家的设计标准均有不同。本文通过分别讨论我国和美国钢结构节点设计方法的异同,得出连接节点设计的优化设计方法。
有效宽度法(Effective Width Method)是我国于2003年在《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)首度提出,该法的提出是基于三方面的考虑:
1) 为简化我国钢结构规范连接节点的计算公式;
2) 考虑连接节点动荷载的作用特性;
3) 参考国外多数国家的经验。
所谓的有效宽度法是指腹杆轴力通过连接件在节点板内按照θ=30°的应力扩散角传至连接件端部与轴力相垂直的一定宽度范围内,该一定宽度即称为有效宽度be。
均力法(Uniform Force Method)是美国钢结构协会(AISC)和美国土木工程师协会(ASCE)联合推荐的一种最经济、安全的钢结构连接节点计算方法。1981年,美国钢结构协会(AISC)开展了由Richard负责的连接节点计算机模拟分析的研究。为配合Richard的分析工作,1985年Bjorhovde 和Chakrabarti、1988年Gross和Cheok、1990年Gross先后完成了大量足尺的模型对比试验。经过近10年的对比研究, AISC和ASCE才正式将该法推荐在美国建筑钢结构规范(LRFD)中。
1 假设与原理相同
在进行钢结构设计中,中国规范与美国钢结构学会对此类支撑设计的假设相同:
(1) 支撑的重心线与梁、柱中心线必须交于一点,以避免考虑由于偏心产生的附加对节点设计产生的影响;
(2)节点板与梁、柱的连接处仅承受剪力和轴力;
(3) 节点板与梁、柱的连接处不存在弯矩。
其原理是在进行设计时,均应求出节点板与梁、柱连接处力的大小再进行连接设计。
2 计算方法的不同
2.1 国内采用的简化方法
斜支撑与连接板连接处,通常采用有效宽度法,即:
be—构件的有效宽度(如图1)。
常将斜向支撑杆的内力分解为水平分力和垂直分力,分别作用于支撑连接板与梁、柱的连接处:
Vu=Pucos θ, Hu=Pusin θ。
Pu —作用在斜杆上的拉力;
Vu —连接板与柱连接处的力;
Hu —连接板与梁连接处的力。
对于不同轴力的大小,《GB 50017—2003》所规定的最小连接板厚如表1。
2.2 美国钢结构协会所采用的计算方法
均力法是被认为最经济、有效的设计方法。如图3所示,(a)图表示连接板与梁、柱连接及受力图;(b)图表示连接板受力详图;(c)图表示连接板与柱相交处,柱的受力详图;(d)图表示连接板与梁相交处,梁的受力详图。
为保证各连接截面不产生弯矩,必须满足:
α-βtan θ=ebtan θ-ec。
eb—梁高的一半;
ec—柱宽的一半;
α—柱的边缘到连接板质心的距离;
β—梁的边缘到连接板质心的距离。
满足以上条件的α和β,则:
其中:
Vuc—连接板与梁相交处的竖向力;
Huc—连接板与梁相交处的水平力;
Vub—连接板与柱相交处的竖向力;
Hub—连接板与柱相交处的水平力。
3 计算对比实例
如图4为有斜支撑的框架结构,取其中一个结点进行研究,其计算简图如图5,梁、柱和斜支撑均采用美国W系列H型钢,其中:斜支撑为W12in×87 lb/ft,梁为W18in×106 lb/ft,柱为W14in×605 lb/ft构成的连接结点,斜支撑上的拉力为2 001 kN。连接板的大小取为500 mm×350 mm,且由表1可知:最小厚度t=20 mm。
3.1 用国内的简化方法进行计算
首先用有效宽度法验算斜支撑与连接板就强度,每边的焊缝长度为350mm,根据有效宽度法,有效宽度
be=(350tan 30°)×2+318.3=722.4 mm。
连接板与斜支撑连接处的正应力:
连接板与梁连接处所受力:
Hu=Pusin θ=1 565 kN。
连接板与柱连接处所受力:
Vu=Pucos θ=1 247 kN。
连接板沿长度方向上焊接在梁、柱上,根据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中7.1.3可以算出:
连接板与梁连接处的剪应力
111.8 N/mm2<160 N/mm2。
连接板与柱连接处的剪应力
127.2 N/mm2<160 N/mm2
he—焊缝的有效高度。
3.2 采用美国规范中的均力法
由图5可知:eb=237.9 mm;ec=265.7 mm;β=200 mm。
可求得:α=284 mm,r=702.8 mm。
由均力法可得:
Vuc=569.4 kN; Huc=756.5 kN;
Vub=677.3 kN; Hub=808.6 kN。
根据我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中7.1.3各种力综合作用下,正应力和剪应力共同作用处:
连接板与梁连接处焊缝的应力为
67.7 N/mm2<111.8 N/mm2<160 N/mm2。
连接板与柱连接处焊缝的应力为
=85.9 N/mm2<127.2N/mm2<160N/mm2
4 节点的最优化设计方法
(1)首先采用我国规范中的有效宽度法对斜支撑与连接板连接进行验算:
(2)再根据美国钢结构规范中所用的均力法求出连接板与梁、柱连接处的力:
(3)最后根据我国钢结构规范中7.1.3中对焊缝强度进行计算:
5 结论
(1)有效刚度法计算简单,概念清楚,并且能准确地验算支撑与连接板连接处是否满足要求;
(2)国内常用的按支撑力沿梁、柱切线方向的剪应力进行设计,计算也较简单,但所得计算结果偏大,尽管其结果会偏于安全,会造成一定的浪费;
(3)均力法计算简单,使用时受力明确,理论性强,且经过大量的实验和理论的证明,是支撑节点计算中最近似的方法;
(4)将中国规范和美国规范结合使用,能得到一种优化设计方法,使得类似结点设计最简单、有效、安全;
(5)这种设计方法也可使用在屈曲结构中,屈曲构件与框架梁、柱的连接,将简化屈曲结构的设计。
参考文献
[1]GB50017—2003.钢结构设计规范.北京:中国计划出版社,2003
[2]American Institute of Steel Construction.Load and Resistance Factor Design Specification for Manual of Steel Construction.2ND Edition.,AISC1990
[3]陈骥.钢结构稳定理论与设计.北京:科学出版社,2008
钢结构节点 篇10
空心球节点钢结构栈桥材料入库后, 材料采用气割进行栈桥各杆件规格的下料, 气割下料的各种规格杆件每端需留出10mm的机加工余量, 杆件进行机加工切除气割下料后杆件端头部不少于5mm, 再进行坡口加工, 坡口形式单边V型坡口, 坡口角度30°+1°, 纯边1~1.5m m, 杆件机加工后尺寸误差±1m m, 杆件加工完成检验合格后, 进行喷砂处理、刷漆, 分类进行编号, 上弦杆件用字母“S”表示, 下弦杆件用字母“X”表示, 腹杆用字母“F”表示, 字母后用数字杆的杆件尺寸, 加衬套的杆件在数字后加“Δ”。
2 空心球节点网架拼装
空心球节点钢结构栈桥的拼装在施工现场的地面进行, 材料进入施工现场后进行分类摆放整齐, 拼装场地要求平整, 进行测量, 放线各个节点定位, 每个节点定位点用砂浆和砖砌成, 高度不低于600mm, 便于焊工焊接操作, 用水平仪测量所有定位点的高度保持一致, 定位点砌成后上部放300×300×10钢板, 再顺序从结构中心向两端对称摆放计算好的起拱管座, 测量符合要求后, 进行结构的拼装, 栈桥结构拼装先拼装下弦, 上弦拼装搭设脚手架, 脚手架搭设需牢固, 木板摆放平整, 操作周围设防护栏杆, 栈桥结构在拼装中, 每根杆件的坡口处内外30m m, 清除铁锈及其杂质, 杆件和球的吻合度中心保持一致, 确保结构的整体尺寸和质量, 栈桥结构在拼装过程中, 不得强拉硬砸, 。结构进行定位点固时, 焊条采用E4303φ3.2mm, 使用前进行烘干处理, 大直径杆件采用四点定位, 小直径杆件采用三点定位, 定位焊长度20~30m m, 厚度不超过杆件厚度的三分之二, 焊接电流:120A~140A。栈桥结构整体拼装完成后河图纸进行每根杆件的核对, 并测量结构的长度、宽度、对角尺寸, 起拱高度和焊缝收缩预留量, 监理单位复验后, 进行栈桥结构的焊接。
3 空心球节点网架焊接
空心球节点钢结构栈桥的焊接, 焊接设备BX-400, 焊条采用E4303φ3.2m m, 焊接电流:120A~130A, 焊条进行烘干处理, 烘干温度80℃~120℃, 时间1.5小时, 恒温后随用随取, 焊条放至保温桶内, 焊缝接头形式, 对接接头, 全焊透, 焊缝质量为二级焊缝。焊接前用角向磨光机将点固的焊缝始终端修磨成斜坡, 并清理焊部位置的杂质, 栈桥结构的小直径杆件采用打底、盖面二道焊缝, 大直径杆件采用打底、填充、盖面三道焊缝, 焊接人员必须经国家职业技能鉴定电焊工中级以上技能证焊工, 栈桥结构焊接时从中心对称向两端间隔跳跃进行焊接, 起焊时要用长电弧对木材进行充分预热, 保证填充金属和母材的溶合性, 每层的焊接厚度不超过4mm, 层间熔渣要清理干净, 层间温度要控制适当, 引弧时要坡口内进行, 不得在母材上随意引弧, 焊接过程中, 运条要均匀, 焊条角度掌握合适, 盖面层焊接电弧在两侧稍作停留, 避免产生咬边现象, 焊缝的仰位焊、平焊接头处应平滑过渡, 焊缝应均匀整齐。
4 空心球节点网架检测
空心球节点钢结构栈桥焊接完成后, 结构进行长度、宽度、对角尺寸和拱度的测量, 长度与设计长度尺寸误差±10mm, 拱度与设计拱度不小于5mm, 所有焊缝表面的熔渣、飞溅物去除干净, 焊缝外观检查, 不得有气孔、夹渣、焊瘤, 咬边深度不大于0.5mm, 咬边长度不大于焊缝总长度三分之一, 超声波探伤检验按受力杆件的20%抽查探伤, 焊缝等级为二级焊缝。
5 空心球节点网架探讨
在空心球节点钢结构栈桥的施工中, 也采用了一些新的方法, 如栈桥在设计上, 下弦宽度上采用H型钢与球连接的方法, 由于H型钢与球吻合有两个吻合面, 和以往设计的管与球的圆周吻合不同, 在按样板进行H型下料后, 与空心球进行了试装配, 发现吻合尺寸误差很大, 装配间隙大, 直接影响栈桥的整体尺寸和装备质量, 针对于这个问题, 采用了制作专用的胎膜平台, 计算出H型钢和球的中心尺寸, 在胎膜平台上进行H型钢与球的吻合处理, 达到标准要求后, 进行坡口的加工和清理, 和球进行点固, 在地面采用平焊焊接完成, 既保证了结构的装配尺寸和质量, 又提高了生产效率。在栈桥的拼装和焊接过程中, 采用水平仪进行拱度测量, 每天开工前和收工后各测量一次, 并做好记录, 确保栈桥的拱度达到设计要求, 在近年来的空心球钢结构栈桥施工中, 栈桥整体测评达到了优良。
6 特点及适用范围
6.1 特点
1) 该施工方法具有施工简单, 便于操作安装。2) 在工期要求非常紧的情况下时, 最大限度的缩短了工期。3) 减少了高空作业的工作量, 提高了施工效率, 确保了安全施工。4) 节省了钢管、扣件、木架板等周转材料, 降低了劳动强度。5) 有效的控制了网架施工质量, 达到了预期效果。6) 利于各专业施工队伍的交叉作业。
6.2 适用范围
空心球节点网架施工方法主要适用于建筑结构地形复杂, 场地狭小的场地的网架安装。
7 空心球节点网架探讨
在空心球节点钢结构栈桥的施工中, 也采用了一些新的方法, 如栈桥在设计上, 下弦宽度上采用H型钢与球连接的方法, 由于H型钢与球吻合有两个吻合面, 和以往设计的管与球的圆周吻合不同, 在按样板进行H型下料后, 与空心球进行了试装配, 发现吻合尺寸误差很大, 装配间隙大, 直接影响栈桥的整体尺寸和装备质量, 针对于这个问题, 采用了制作专用的胎膜平台, 计算出H型钢和球的中心尺寸, 在胎膜平台上进行H型钢与球的吻合处理, 达到标准要求后, 进行坡口的加工和清理, 和球进行点固, 在地面采用平焊焊接完成, 既保证了结构的装配尺寸和质量, 又提高了生产效率。在栈桥的拼装和焊接过程中, 采用水平仪进行拱度测量, 每天开工前和收工后各测量一次, 并做好记录, 确保栈桥的拱度达到设计要求, 在近年来的空心球钢结构栈桥施工中, 栈桥整体测评达到了优良。
8 结语
通过多年来在空心球节点钢结构栈桥的制作安装工程中, 摸索和总结了一些施工经验, 今年来先后组织和施工了西山煤电西铭矿选煤厂、官地选煤厂大跨度空心球节点钢结构栈桥的制作安装工程, 取得了良好的效果。在今后的栈桥网架施工中具有良好的。
摘要：空心球节点钢结构栈桥以其强度高、重量轻、塑韧性好、经济性优良, 施工速度快, 因此空心球节点钢结构栈桥在建筑施工中得到广泛应用, 如选煤厂、焦化厂的大跨度输煤栈桥等。空心球节点钢结构栈桥连接采用焊接来完成, 因此焊接技术在结构的施工安装中占有重要的地位。
浅谈框架结构梁柱节点的施工技术 篇11
关键词框架结构梁;节点箍筋;模板
中图分类号TU 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0084-01
在建筑工程施工中,框架结构的节点是联系整个结构体系的枢纽,如框架的梁柱交汇点、剪力墙结构的暗梁与柱的交汇点等。节点承受由梁端和柱端传递来的轴力、弯矩和剪力,受它们共同作用且受力状态比较复杂。因此节点要求具有足够的强度,以抵抗相邻构件承。
1节点区的钢筋绑扎
工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种:一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次性全部按要求绑扎好,然后装柱模板,在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱混凝土,柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模(或者包括梁一边侧模),然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋由于影响了柱砼的浇灌作业,混凝土施工人员往往不得不解开扎丝,从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让混凝土比较顺利地流入柱内。这样一来,节点区的箍筋就被打乱了,要恢复原状很不容易,而且要多费工时。在浇灌柱混凝土时部分钢筋还可能会被水泥浆污染,影响与混凝土的粘结。此外,节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦,尤其是穿带弯钩(如在边支座)的底筋十分困难。这时钢筋工又不得不敲打已绑好的节点箍筋,甚至会擅自烧断弯钩,造成纵筋的锚固不够。另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋,即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑,等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后,再在楼面上绑扎梁钢筋,绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法的缺陷是很容易漏掉节点区的柱箍筋,即使放了柱箍筋也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。在实践中,也有些项目提出采取过改进的办法,即在箍筋四个角设导筋,将节点区箍筋按要求间距绑在导筋上固定成短钢筋笼,然后再随梁骨架沉入模板内。或者采用两个“U”形开口箍套叠,再焊成封闭箍。实际上,只要先把模板都安装好了再沉梁,无论是使用导筋还是“U”形开口箍,都难以很好的解决问题,尤其是高层建筑当柱较大采用的是比较复杂的复合箍筋时,就根本不能做到满足设计及规范要求。
2梁柱节点的模板施工
2.1工具式定制节点模板的改进技术
高层建筑框架梁柱节点的模板支设也是施工中的一个重点工作。梁柱节点模板若在现场散支散拼,易出现尺寸偏差大、表面平整度差、拼缝不严等问题。若拆除再重装往往又十分麻烦,不便于进行节点内的杂物清理工作和节点钢筋的调整处理。所以结合节点摘筋的绑扎顺序,在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点摸板,框架梁宽度范围以外(框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装)的节点模板采用工具式定制棋板的改进做法。其具体要点如下:①在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后.对节点进行分类编号。②根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的棋板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成,模板下部与柱的搭接长度应取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后,绘制出各节点的模板制作图。③安排熟练木工,根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板,并做好相应的标识。模板可用18mm厚的优质夹板制作,用40mm×50mm(柱截面大于l000mm时可用50mm×100mm)木杭做背楞,背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也应预先加工好,矩形柱采用钢管夹具,圆形柱采用扁铁圆箍夹具,紧固对拉螺栓采用12圆钢。④随施工进度,现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定,检查安装标高和垂直度,调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓,复查无误后再用力收紧螺栓完成安装。除此之外,视情况可将节点模板与梁板模连结加固。采用工具式定制节点模板体系,节点模板一般可以周转使用10次左右,这样可节省材料和人工和;提前制作,又可节省现场作业时间,加快进度;工具式定制模板尺寸准确、接驳垂直、拼缝严密、不易变形,质量比较有保障,可减少或杜绝节点装模的通病;而且,模板装拆比较灵活简便,配合了节点箍筋的绑扎。
2.2节点模板的排水措施
通常框架柱顶混凝土的施工缝设在梁的底面,此处柱顶模板应留20排水孔,同时柱顶施工缝处的混凝土应现浇成斜向排水孔的倾斜面以便于排水,在浇筑节点混凝土之前应将排水孔堵塞,这样可避免由于柱顶积水造成的节点施工缝处混凝土强度的削弱。
3节点区的混凝土浇灌
框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分,因此节点混凝土强度等级应与柱相同。在工程实践中,多层框架设计一般都取梁板混凝土与柱混凝土强度等级相同;若原设计图纸上标明的柱与梁板混凝土强度差值小于5MPa,一般也会在图纸会审时将梁板混凝土强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区混凝土施工只需与梁板一起浇筑并注意振捣密实即可。
1)节点区混凝土与梁板的混凝土应连续浇筑,不得将高低强度等级混凝土交界处留成施工缝或出现冷缝。2)应确定合理的混凝土配合比,严格控制施工配料,并在现场测控混凝土坍落度,且加强对混凝土的养护工作,以防止梁端高低等级混凝土交界附近出现混凝土收缩裂缝。节点区高强度等级的混凝土宜采用坍落度比较小的非泵送混凝土配合比,使用塔吊运输,可减少水泥用量和用水量,降低砂率,从而减小混凝土的收缩量。节点和梁的混凝土浇筑宜采用二次振捣法,以增强混凝土的密实性,减少收缩。
4防止梁柱节点处裂缝的措施
1)要求混凝土搅拌厂调整配合比设计,在满足强度等级及可泵性的条件下,对柱子混凝土减少水泥用量、减少含砂率、减少用水量、减少坍落度、增加石子含量,并对粉煤灰和外加剂的用量也需作相应的调整。2)节点处的混凝土应实行“先高后低”的浇捣原则。即先浇强度等级混凝土,后浇低强度等级混凝土,严格控制先浇柱混凝土初凝前继续浇捣梁板的混凝土,事先做好技术交底和准备工作。3)梁板的混凝土宜采用二次振捣法,即在混凝土初凝前再振捣一次,增强高低强度等级混凝土交接面的密實性,减少收缩。4)在产生裂缝相对较多的梁的侧面,应增加水平构造钢筋,提高梁的抗裂性。5)严格控制混凝土拌合物的坍落度,节点核心区柱子部位混凝土采用塔吊输送,以期降低坍落度。在现场,对每车混凝土都应进行坍落度检测。6)加强混凝土的养护工作,特别是梁。除了板面浇水外,还应在板下梁侧浇水,在满堂承重脚手架未拆除之前,可以用高压水枪对梁进行浇水养护,并推迟梁侧模的拆模时间。
高层建筑的框架结构节点处,经常会出现柱混凝土强度等级比同一层梁板高的情况,通常的施工方法是先浇节点处混凝土强度等级高的核心部分,然后于初凝前再浇梁板混凝土。只要采取的针对性措施到位,并精心施工,梁柱节点高低强度等级混凝土交界处附近的裂缝现象完全可以得到避免。
5结束语
框架结构梁柱节点的施工质量至关重要,应该提高对框架节点重要性的认识,采取合理的施工技术措施,进行有效的施工过程质量控制.确保施工质量能达到设计及规范的要求。
参考文献
[1]林经光.高层建筑框架结构梁柱节点施工技术.2009.
[2]刘洋.框架结构梁柱节点的施工.2009.
浅谈钢结构梁柱节点连接设计方法 篇12
连接节点设计是钢结构设计的重要内容之一, 它直接影响结构在荷载作用下的整体性能以及单个构件的受力分析。国内外许多震害都表明, 钢结构大多是由于节点首先破坏导致结构的整体破坏。为此, 钢结构梁柱节点的设计问题就值得我们关注和探讨。
1 钢结构梁柱节点的基本特征
在钢结构设计时, 对于钢结构的连接形式在计算模型中的确定是钢结构计算、设计必须首先解决的问题, 其次要明确传力途径, 然后才能将整个结构受力模型简化出来用软件进行分析计算。按照传力特征不同, 节点分刚接、铰接和半刚性连接。
(1) 铰接连接节点, 具有很大的柔性。
钢梁仅在腹板处采用高强螺栓连接, 上、下翼缘无需进行现场焊接。采用铰接时构造简单, 使现场安装程序大为简化, 现场作业量大大减小, 现场安装可以不受天气及季节的影响, 钢结构的安装速度大大提高。但是, 铰接连接刚度和耗能性能差, 对于结构抗风、抗震不利。
(2) 刚性连接节点, 具有较高的强度和刚度。
其特点是受力性能好, 但构造复杂, 施工难度大。设计中梁柱节点一般是做刚接, 这是由于梁柱节点承受的荷载一般较大而且还要抵御风荷载和水平地震引起的位移。
(3) 半刚性连接节点, 刚度和强度介于铰接和刚接之间。
我国《钢结构设计规范》中没有给出半刚性连接的具体计算和设计方案, 而且节点转动刚度很难确定。这样的节点形式在工程设计中一般很少采用。
结构设计中习惯的做法是把连接当成理想刚接或者铰接, 这样做能够使计算大大简化, 得到的计算结果必然与实际存在偏差。目前, 主要通过采用调整系数来减少这种偏差。
2 钢结构梁柱节点的连接方法
多层及高层钢结构连接节点可采用焊接、高强螺栓连接、焊接和高强螺栓混合连接。
2.1 高强度螺栓连接
多层及高层钢结构要承受风荷载的反复作用和地震的往复作用, 梁柱节点应采用摩擦型高强度螺栓, 不得采用承压型螺栓连接。螺栓连接由于安装简单迅速, 便于维护和加固, 目前已广泛用于桥梁结构、工业与民用建筑钢结构的连接中。
2.2 全焊型连接
焊接连接时疲劳敏感, 焊接结构的低温冷脆问题比较突出, 产生焊接残余应力和变形, 对结构工作产生不利影响, 除因受力复杂, 接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接外, 可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。
全焊型梁柱连接的优点及施工时注意事项。试验结果表明, 全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接, 具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中, 设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强, 不仅浪费材料, 也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量;相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形, 但由于梁翼缘难以形成塑性, 也限制了节点的耗能能力。同时, 节点域的塑性转动过大会增加框架的水平位移, 对框架的整体受力不利。在这种连接中, 梁上、下盖板边缘加工后与柱采用对接焊缝连接, 盖板与梁的连接采用角焊缝, 梁腹板与柱连接通过钢板或角钢而连在一起, 钢板或角钢与梁腹板采用角焊缝连接, 钢板或角钢与柱采用对接焊缝连接。在施工时应保证对接焊缝的质量, 对接焊缝必须焊透, 梁上、盖板与柱对接焊缝的质量对梁柱刚性连接的滞回性能有很大的影响。特别是焊缝与柱翼缘的连接面应注意除油除漆, 合理安排施工顺序。下翼缘的焊接引弧板如果留在构件上应将其与柱焊接, 最好跟梁翼缘也焊在一起, 以减小对接焊缝未焊透对梁柱连接受力的不利影响。
2.3 摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
(1) 焊缝的破坏强度高于高强螺栓的强度, 抗滑极限强度, 其比值宜控制在1~3之间;
(2) 不能用于需要验算疲劳的连接中;
(3) 其施工顺序, 应根据板件的厚度, 施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定, 一般采用先栓后焊的方式, 此时高强度螺栓的强度应计算焊接影响, 作一定的拆减;当采用先焊后栓且板间又不夹紧时, 宜采用大直径螺栓, 并需将螺栓的抗剪承载力设计值乘以拆减系数;
(4) 在静力荷载作用下, 摩擦型高强度螺栓可以和侧角焊缝共同作用。在直接承受动荷载作用的连接中, 则不能用这种连接, 施工时一般采用先栓后焊的程序, 并在设计中考虑温度影响将高强度螺栓的预拉力予以适当拆减;
(5) 能共同工作的混合连接, 其总承载力可按不同连接方式承载力的总和考虑。
3 钢结构连接节点在工程中的应用
欧美及我国广泛采用的梁柱刚性连接又可分为三类:
(1) 梁端与柱的连接全部采用焊接连接;
(2) 梁翼缘与柱的连接采用焊接连接, 梁腹板与柱的连接采用摩擦型高强螺栓接;
(3) 梁端与柱的连接采用普通T形连接件的高强螺栓连接。
在以上连接节点中, 全焊连接型式是焊缝连接最充分的, 不会产生滑移。从理论上讲, 良好的焊缝质量和焊接构造可以提供足够的延性, 但在实际施工过程中存在一定的困难, 而且要求对焊缝进行比较严格的探伤检查。此外, 焊接残余应力和残余变形也给实际结构带来不利影响;高强螺栓连接施工比较方便, 但存在接头尺寸过大、钢材消耗较多。目前栓焊连接应用较为普遍, 工地安装时, 先用螺栓定位后对翼缘施焊, 具有施工方便的优点。通过实验表明, 其滞回曲线与全焊连接的滞回曲线接近, 翼缘焊接对螺栓的预拉力有一定的影响, 使螺栓预拉力降低, 因此高强螺栓的实际应力应留有富余度。
梁柱连接节点的基本设计原则:节点必须能够完全传递被连接板件的压力 (或拉力) 、弯矩和剪力等。在强震作用下节点的应力始终低于框架梁的应力, 以保证在结构在罕遇地震时, 处于高应力下的框架梁可率先进入塑性, 发展成塑性铰, 使钢结构的良好延性得到充分发挥来消耗地震能量, 实现节点晚于构件破坏, 即“强节点弱杆件”的设计思想。那么如何做到“强节点弱构件”设计原则呢?通常可采用塑性铰的粱端增强式连接 (如节点加焊盖板等) 或在离粱端不远处将梁的上下翼缘进行消弱的狗骨式连接。通过这些构造措施, 来增强节点的延性, 确保在较大的地震作用下, 塑性铰出现在梁内, 不出现节点破坏现象。
4 钢结构梁柱节点设计应注意的问题
(1) 连接的设计应与内力分析的假定相一致。在结构分析前, 就应该对连接节点的形式进行充分的思考和分析, 以保证最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式完全一致。
(2) 节点构造不应太复杂。节点设计要尽可能使工人能方便的进行现场定位和安装。此外, 节点设计还应考虑加工厂的工艺水平。
(3) 节点设计尽可能避免偏心连接, 不能完全避免时应考虑偏心连接对结构的影响。
(4) 传力要直接、连续。各构件之间受力要明确, 尽可能避免应力集中。
(5) 注意破坏顺序控制。设计时应加强主要构件的连接节点, 避免在结构重要受力构件还处于弹性变形阶段时, 由于节点破坏而导致整个结构的倒塌。
(6) 注意构造细节。使节点具有足够的延性和韧性;节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。
(7) 注意对薄弱环节的加强保护。在梁柱可能出现塑性铰的区段, 应该限制板件宽厚比, 防止局部屈曲, 保证耗能作用的发挥, 同时设置侧向支承点, 保证梁上塑性铰转动过程中, 不出现梁的整体失稳。
5 结 语
至今, 钢结构建筑已经历了多次强烈地震的考验, 正如人们所预料的, 钢结构的抗震性能远比混凝土结构优越。但是由于设计特别是构造上的不当, 也发生了一些破坏, 连接节点的破坏更是比较普遍。因此, 节点设计是整个钢结构设计工作中的重要环节。
摘要：介绍了多高层钢结构梁柱连接的三种方式, 并对其性能及适应范围进行了比较分析, 结合地震作用下提出了加强连接节点的做法, 提出了节点设计工作中要注意的问题。
关键词：钢结构,连接节点,塑性铰,强节点弱杆件
参考文献
[1]GB50017—2003, 钢结构设计规范[S].
[2]陈绍蕃.房屋建筑钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.