鋼材料由于具有很強(qiáng)的抗震性和延展性以及穩(wěn)定性,在現(xiàn)代建筑施工中被廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)就是利用鋼材料通過鉚釘或者焊接的方式構(gòu)建的建筑結(jié)構(gòu)。隨著人們生活水平的提高和建筑行業(yè)的發(fā)展,對鋼結(jié)構(gòu)的需求和要求都在不斷的增加。因此,研究鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),能夠有效的保證鋼結(jié)構(gòu)適應(yīng)現(xiàn)代建筑施工和使用要求,保證鋼結(jié)構(gòu)具有更好的承重能力和延展性,保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
1.鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的分類
(一)剛性節(jié)點(diǎn)。剛性節(jié)點(diǎn),就是保證鋼結(jié)構(gòu)在建筑物受力過程中,梁柱夾角保持不變形或者輕微變形的節(jié)點(diǎn)。要想保證鋼結(jié)構(gòu)的性能發(fā)揮到,就要保證鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和梁柱結(jié)構(gòu)之間的角度盡量在受力時不發(fā)生變化,這樣,建筑物的結(jié)構(gòu)才會保持穩(wěn)定。剛性節(jié)點(diǎn)的連接強(qiáng)度,要大于被連接構(gòu)件的屈服強(qiáng)度,因此,控制好節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性和強(qiáng)度非常重要。在所有的剛性節(jié)點(diǎn)完成以后,鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)功能能夠得到有效的發(fā)揮。
(二)鉸接連接節(jié)點(diǎn)。鉸接連接節(jié)點(diǎn)一般不用在鋼構(gòu)件的連接上,而是用在梁和柱身、柱腳的固定上。當(dāng)鉸接連接在連接梁和柱身時,其只有垂直方向的剪力作用,鋼結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生彎矩,而鉸接連接結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)自由的轉(zhuǎn)動。鉸接連接節(jié)點(diǎn)施工操作比較簡單、實(shí)用性強(qiáng)。在建筑中用于鋼結(jié)構(gòu)端部的固定,可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性,加強(qiáng)端部的承受能力,保證建筑物的安全性。
(三)鋼結(jié)構(gòu)半剛性節(jié)點(diǎn)。半剛性節(jié)點(diǎn)是介于剛性節(jié)點(diǎn)和鉸接連接節(jié)點(diǎn)之間的一種節(jié)點(diǎn)。它具有一定的彎矩承受力,還能夠塑造鋼結(jié)構(gòu)的形狀。除此之外,半剛性結(jié)構(gòu)還能夠增加建筑的抗震能力和抗彎能力,是一種介于剛性和柔性之間的連接方式。這種節(jié)點(diǎn)方式具有的超強(qiáng)抗彎能力,能夠保鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。但是其施工難度比較大,由于施工和設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的鋼結(jié)構(gòu)彈性過大,會影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全,因此應(yīng)用不是非常廣泛。
2.鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(一)剛性節(jié)點(diǎn)與半剛性節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
1、梁的拼接。梁的拼接一般分為焊接和螺栓連接兩種。焊接的剛度比較大,一般用在工廠拼接;而螺栓連接剛度相對較小,但是施工方便快捷,還能夠在現(xiàn)場進(jìn)行施工,能夠確保鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。一般用在工地施工當(dāng)中,對梁的承載力、穩(wěn)定性具有很好的效果。
2、邊柱與梁的連接。邊柱和梁的連接也屬于剛性連接。主要是通過端板進(jìn)行連接,利用構(gòu)件端部焊接板進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的連接。對其進(jìn)行設(shè)計(jì),可以按照端板放置的方式進(jìn)行區(qū)分,可以是豎放、斜放或者平放。
3、中柱與粱的連接。 (1)工字型鋼柱或焊接組合柱。柱中節(jié)點(diǎn)的連接也屬于剛性連接。在設(shè)計(jì)時,要采用焊縫的方式,對柱和梁的兩端、柱和梁翼緣進(jìn)行連接;用螺栓連接柱和梁腹板;用T形螺栓對柱和梁的兩端進(jìn)行固定。焊縫連接的方式,具有連接強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,能夠保證鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)剛度的優(yōu)點(diǎn)。但是由于焊接對精度要求比較高,工作量大,焊接技術(shù)不能完全保證,因此,這種連接方式具有一定的局限性。如果采取全焊接的方式,可以將焊接工作在工廠內(nèi)完成,以保證焊接質(zhì)量;螺栓連接的方式會使施工更加便利,施工精度和剛度要求也比較低。因此,可以將兩種連接方式配合使用;在用T形螺栓進(jìn)行焊接時,將其焊接在梁翼緣上。這就要求梁翼緣在鑄造時要預(yù)留T形鑄件孔,方便節(jié)點(diǎn)的安裝,減少工作量。柱頂之間的連接分正交和斜交兩種。工字形鋼柱的正交可以用全焊接或者栓焊的方式來施工。(2)箱型焊接組合柱。箱型焊接組合柱與梁的連接,在選擇節(jié)點(diǎn)連接方式時,梁兩端和柱的連接一般使用焊縫連接;梁翼緣和柱的連接也采用焊縫連接;梁腹板和柱翼緣通過鋼板進(jìn)行焊接,鋼板和梁腹板之間用高強(qiáng)度摩擦型螺栓進(jìn)行連接。(3)鋼骨混凝土柱。鋼骨混凝土柱和鋼梁的連接,主要是為了保證混凝土澆筑的密實(shí)度,加上在混凝土澆灌時起到固定和定型的作用。
4、柱與柱的連接。在鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時,柱與柱之間的連接分為變截面柱拼接和等截面柱拼接兩種。柱與柱間的等截面焊接和梁的施工工藝是一致的。
(二)柔性節(jié)點(diǎn)
1、主梁與次梁的連接。在鋼結(jié)構(gòu)的建筑施工中,對主梁和次梁的連接一般采用簡支連接的方式。對于一些施工和使用要求較高的建筑,也會采用剛性連接的方式。這種連接方式施工方式復(fù)雜,但是不用對次梁翼緣進(jìn)行額外處理,是一種比較廣泛應(yīng)用的施工設(shè)計(jì)方式。
2、斜梁的拼接節(jié)點(diǎn)。斜梁的施工跨度比較大,對其進(jìn)行施工時,要對斜梁進(jìn)行分段運(yùn)輸,需要到現(xiàn)場進(jìn)行拼接。因此,對斜梁拼接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)也要遵循這一施工工藝。
3、桁架節(jié)點(diǎn)。(1)焊接鋼管節(jié)點(diǎn)。焊接鋼管節(jié)點(diǎn)是利用空心圓柱體,將桿件直接焊在圓柱表面而形成的節(jié)點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)方式,要確定鋼管高度和直徑,鋼管壁厚還要根據(jù)節(jié)點(diǎn)的承載力進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)是施工方便、快捷,節(jié)省了鋼材;缺點(diǎn)是因?yàn)榻粎R桿件太多,要進(jìn)行鋼管直徑的調(diào)整,對現(xiàn)場施焊技術(shù)和人員、工作量的要求都比較大。又因?yàn)殇摴芙粎R處的界面要切割為曲面,而使切割工作變得更復(fù)雜;且鋼管具有一定的方向性,在進(jìn)行連接時,不好進(jìn)行定位和中心點(diǎn)的確定,容易造成偏心受力;用這種施工工藝進(jìn)行施工時,還要對鋼