玉溪市综合设计院 云南玉溪 653100
摘要：随着我国城市化进程的不断加快，建筑工程也在不断增多。钢结构在各类工业与民用建筑中应用越来越广泛，同时对建筑工程的施工质量提出了更高的要求。由于钢结构在地震中被震坏，在施工过程中出现的安全事故时有发生，使人们越来越关注钢结构的稳定性和安全性。钢结构的梁柱节点连接设计对结构的稳定性、安全性和可靠性有着关键的影响作用。因此，要对钢结构梁柱节点设计进行优化，提高钢结构的稳定性和安全性，从而保证建筑工程的质量。本文通过分析钢框架结构梁柱节点设计中应注意的问题，提出了钢框架结构梁柱节点的优化设计，提高钢结构的稳定性和安全性，保证建筑工程的质量和使用性能，对建筑工程施工有重要的指导借鉴意义。
关键词：钢结构；梁柱节点设计；连接节点优化设计
1引言
近年来，各类工业与民用建筑工程中已经广泛采用钢结构类型。与其它材料相比，钢材的强度高，自重小，塑性和韧性较好，施工方便，施工周期短，能为建筑提供灵活的空间布置，具有较大的优越性，已广泛应用在厂房、仓库、商场、医院、学校、体育场馆等建筑中，具有良好的应用前景。在钢结构的整体设计中，梁柱的连接节点的设计是至关重要的环节，连接节点设计的科学合理能够提高钢框架结构的整体性、可靠性和结构延性，对建筑的抗震性能有着至关重要的作用，直接影响着建筑施工作业的安全性、工作效率以及施工周期与成本。因此需要对钢框架结构梁柱节点的连接设计进行深入研究，提出钢框架结构梁柱节点的优化设计，保证钢结构的安全性和可靠性，促进我国钢结构事业的不断发展。
2钢结构梁柱节点设计应注意的问题
钢结构梁柱连接节点按照受力性能可以分为刚性连接、半刚性连接和铰接连接，其中半刚性连接是介于刚性连接和铰接连接之间的一种连接形式，刚性连接能够保证主梁和柱的连接刚度，应用最广泛；按照安装方式的不同可以分为焊接节点、螺栓连接节点和栓焊混合连接节点。在钢框架结构梁柱节点设计中，首先需要对钢框架结构进行整体分析，选择科学合理的节点形式，根据钢结构的材质和受力特征选择合理的节点连接方式。在对钢框架结构梁柱节点设计中要注意在保证梁柱连接节点满足正常受力的基础上，考虑地震情况下节点的极限承载力应大于相应构件的极限承载力[1]及我们常说的强节点弱构件。
设计中梁柱连接节点的抗弯、抗剪承载力要大于结构的抗弯、抗剪承载力，使这两者的比值大于等于钢结构抗震设计的连接放大系数，降低在大地震作用下，梁柱连接处的焊缝或螺栓破坏而导致结构脆性破坏和建筑倒塌的现象。在大震情况下，梁柱连接处或梁柱构件上会出现塑性铰，因此在设计中要对塑性铰的位置进行判断和人为控制，使得该位置梁截面的最大弯曲应力高于梁柱连接处焊缝的最大弯曲应力，使其在大震时钢结构可能出现塑性铰的部位能够在高应力作用下发生塑性变形，形成梁端塑性铰，能够耗散地震的能量，达到减震的效果，从而不至于导致结构的整体破坏。
3钢结构梁柱节点连接的优化设计
钢架结构的抗震设计的理念是“强节点、弱构件”，这种设计理念是使梁柱节点的塑性变形发生在水平构件上，又能使梁端部的塑性变形得到充分的发展。因此要保证梁柱节点的承载力要高于相连构件的承载能力，同时又要保证梁柱节点具有足够的延性。梁柱连接的承载力与连接的形式、焊缝类型、尺寸、螺栓的数量、直径等有着密切的关系。各个连接构件的刚度变化会引起连接节点破坏发生根本性的变化，因此要严格按照设计要求来进行。
3.1狗骨式节点
狗骨式节点是一种新形的节点连接形式，最主要的特点是梁的翼缘靠近节点处进行了截面削弱[2]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆狗骨式节点的设计理念是梁的削弱部分界面能够改变塑性铰出现的位置，能够使在极限荷载的作用下的塑性铰能够远离脆弱的梁柱节点连接处，极限变形会首先出现在梁截面削弱处，梁经过截面削弱后具有较强的延性，能够对梁柱连接节点起到保护作用。狗骨式节点在一定程度上弥补了普通节点塑性小的缺点。通过对梁进行科学合理的截面削弱，使得较长的梁截面范围几乎同步进入塑性，达到了增加节点延性的作用，表面上使钢构件的强度和刚度降低了，但是减少量很小，依然符合正常使用情况下的强度和刚度要求。只有在大震超负荷的作用下才会出现塑性变形，但是这恰恰是狗骨式节点设计突出延性设计的地方。
在钢框架结构中，梁柱构件大多数是H型截面。狗骨式节点的削弱截面是在翼缘截面上，狗骨式节点按照削弱截面形状的不同可以划分为直线型、锥形和圆弧形这三种，其中直线型和锥形狗骨式节点在实际施工中操作简便，具有良好的使用性能。但是由于对梁进行削弱截面导致横截面突变出现应力集中现象，容易造成钢框架结构脆性破坏。因此，施工中推荐使用圆弧形狗骨式节点。狗骨式节点刚性连接的性能主要受焊缝类型、尺寸和梁翼缘削弱位置和程度等的影响。梁柱节点连接处的焊缝要保证在削弱处形成塑性铰之前，在承载力的作用下不会出现脆性断裂现象。同时梁的翼缘削弱处要保持光滑，避免出现缺陷导致连接失效和应力集中。
3.2承压型高强螺栓连接设计
相对于摩擦型高强度螺栓连接形式，我国节点连接设计中承压型高强螺栓连接设计较少。在承压型高强螺栓连接设计中，需要充分考虑正常负荷情况下的剪力低于最大摩擦力。若剪力大于最大摩擦力，此时需要考虑螺杆自身受剪与板件接触面间摩擦力同时传力。当采用摩擦型高强度螺栓连接形式进行节点设计时， 节点主要通过高强螺栓施加在板件间的夹紧力的方式，在接触面间形成较大的摩擦力，其能够提供正常荷载作用下的抗剪承载力， 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，这种情况下认为连接失效。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，以保证结构的安全性与可靠性。在正常载荷情况下，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[3]。
3.3全焊节点设计
为了避免结构刚度增加现象的出现，在梁柱节点连接部位应力较集中时，应当依据“强节点弱杆件”的设计原则，适当加强梁柱连接节点。在不出现失稳现象时，可以适当削弱梁截面，使梁上能够形成“塑性铰”。同时，应当尽可能的减少构件与构件焊接处的应力集中，对于腹板工艺孔，应确保板件尺寸变化处能够平滑过渡，避免应力集中现象的出现，能够避免出现脆性断裂的现象。 此外，在不减小腹板连接强度的前提下，还可适当增大工艺孔的尺寸，为焊接操纵提供便利，提升焊缝质量。
4结论
钢结构在我国建筑物中应用越来越广泛，对钢结构的抗震性能要求越来越高。钢结构具有较强的抗震性能，但是由于连接点设计不当，会出现脆性破坏、失稳破坏等现象，甚至造成严重的安全事故，威胁人们的生命财产安全。因此要综合考虑钢结构的受力特点、材料特性，对梁柱连接节点进行精心设计和优化设计，确保钢结构受力安全合理，保证钢结构的安全性、稳定性和可靠性，提高建筑的整体质量和使用性能。
参考文献
[1]魏巍.钢框架结构梁柱节点连接设计方法总结[J].城市建设理论研究:电子版,2013(10).
[2]罗睿奇，王元清，肖建春，等.钢结构梁柱节点连接加固设计方法对比[J].建筑科学，2014(30)：45~47.
[3]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.
[4]郁银泉，蔡益燕，钱稼茹，童根树，等.高层民用建筑钢结构技术规程.JGJ99-2015.
论文作者:廖久国
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/9
标签：梁柱论文; 节点论文; 钢结构论文; 塑性论文; 截面论文; 承载力论文; 构件论文; 《基层建设》2017年3期论文;