鋼節點的抗震設計范文

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《四川建材雜志》2014年第四期

1鋼結構中鋼節點的抗震設計

隨著我國經濟和科技的快速發展，高層和超高層中鋼結構建筑的設計和應用越來越多，最近幾年由于自然災害(如地震等)的頻繁發生，鋼結構的抗震設計問題日顯嚴重，在鋼結構中，鋼節點的設計又是其重要環節。

1.1鋼節點的破壞機理在鋼結構中，由于鋼節點處的受力比較集中，結構構造比較復雜，其施工難度相對較大，容易造成鋼節點處形成應力集中和強度不均勻的現象。另外，由于可能存在一定的構造缺陷和施工過程中存在的一些問題(如焊縫施工缺陷:焊縫中存在氣孔、夾渣、咬邊或者焊縫燒穿、弧坑、未滿焊和構造缺陷等)都將引起鋼節點處的連接破壞，最終影響鋼結構的承載能力。經過大量的實驗和研究表明，鋼結構中節點的破壞主要是脆性破壞，其脆性破壞的裂縫從梁下翼緣與柱翼緣相交焊縫處，通過不同的擴展途徑，形成了多種多樣的斷裂破壞形式。其主要的破壞形式有:加勁板的屈曲和開裂、加勁板焊縫中出現一定的裂縫、腹板的屈曲和裂縫、焊接部位拉脫、鉚接斷裂、螺栓連接的破壞等。

1.2鋼節點的設計原則鋼結構中的節點連接對結構受力有著重要影響。鋼節點的基本設計原則是節點應該能夠完全傳遞被連接板件的彎矩和剪力，并且能夠充分的發揮鋼材的塑性性能，以保證鋼結構節點在地震作用下少發生甚至不發生脆性破壞并且要保證結構在梁內而不是在柱內產生一定的塑性鉸，來消耗地震時所輸入的能量。在抗震設計中，根據結構的抗震需求，為了保證結構具有一定的安全性和遵循“強節點、弱構件”的設計理念，鋼節點的承載能力應大于結構構件的承載能力。抗震設防的高層建筑鋼結構框架，從梁端或柱端算起的1/10跨長或2倍截面高度范圍內，節點設計應驗算下列內容:①節點連接的最大承載力;②構件塑性區的板件寬厚比;③受彎構件塑性區側向支撐點間的距離。高層鋼結構的節點連接，根據具體情況可采用焊接、高強螺栓連接或栓焊混合連接。根據受力情況節點的焊接連接可采用全熔透或部分熔透焊縫，遇下列情況中的一種時應采用全熔透焊縫:①要求與母材等強的焊接連接;②框架節點塑性區段的焊接連接。高層鋼結構承重構件的螺栓連接，應采用摩擦型高強度螺栓，以避免在使用荷載下發生滑移，增大節點的變形。

1.3防止鋼節點脆性破壞的措施1)從選材方面，應注重選擇屈強比較低的材料，因為這樣的材料應力－應變曲線下的面積比較大，說明其具有較大的消耗地震能量的能力。材料的選取不僅要滿足強度的要求還要滿足其韌性要求。2)從設計方面講，從強度角度進行設計，使節點的強度比桿件的強度高，在避免增加結構剛度和接頭部位應力集中情況的前提下，適當對節點進行一定的加強，以滿足“強節點弱構件”的原則，避免塑性鉸出現在柱中。避免發生失穩破壞，減少結構和焊接接頭處的應力集中，在設計腹板上的工藝孔時應盡量的圓滑。3)從施工和檢驗的過程中，要嚴格按照相關規定。例如:焊接前要將焊條按照相關規定進行烘干，焊接部位的母材應按要求的溫度在一定范圍進行預熱。引弧板和墊板應該按照規定的規格進行加工制造，坡口尺寸要符合有關規定。盡量減少焊接過程中的缺陷，要對所有焊縫進行檢查，凡不合格的焊縫，都要按相關要求進行修補。4)從鋼結構預制構件的拼接方面，在鋼結構預制構件的拼接過程中，預制鋼構件的連接增加了結構整體的超靜定次數，從而增加了形成塑性鉸的數量，構成多道抗震防線，不僅能夠提高結構的抗震可靠度，更延長了結構進入倒塌的過程。即使是純框架結構之類的樓房，也能大大提高其抗震能力。并且這種結構也具有施工方便、工期短、質量輕、結構面積小、節能環保、方便維修等優點。5)降低節點的缺陷敏感程度，強度和延性是結構抗震設計中的兩個最重要的指標。從梁柱連接方面來說，現行的抗震設計規范基本上能有效的實現“強柱弱梁、強節點弱構件”的設計概念。但是，結構鏈接的塑性變形能力還不是很可靠，不管是全焊式連接還是栓焊混合連接，其延性都不能很好的達到理想要求。為了能從根本上解決脆性破壞的問題，對延性的抗震設計概念，不僅要求抗彎鋼框架的設計應能保證塑性鉸在且僅在梁上出現，而且還要求延性的可靠性，也就是要求采取有效的措施來降低節點的缺陷敏感程度。例如:將梁柱連接在構造上使塑性鉸外移，可以通過局部加強節點部位和在離開柱面一定距離處將梁截面局部消弱。在鋼梁結構中，塑性鉸長度約為梁高的一半，當對節點進行局部加強時，可使塑性鉸位置距加強部分邊緣處梁高的1/3。同時，節點的局部加強也可以將塑性鉸外移，但應該注意的是不要出現弱柱，否則就違反了“強柱弱梁”的原則。

2結語

隨著我國經濟的快速發展，鋼結構在我國現代化建設中的地位日益突出，在國民經濟建設的各個領域中都得到了廣泛應用。同時，由于鋼結構是一種抗震性能良好的結構形式，在我國的抗震建筑設計中表現出極其重要的作用。在鋼結構的抗震設計中，鋼節點的抗震設計是一個重要環節。本文基于鋼節點的破壞機理，分析了鋼節點的設計原則，提出幾種防止鋼節點脆性破壞的措施，對于高層建筑中抗震設計具有重要的意義。

作者：唐紅梅唐翠麗單位：黃河水利職業技術學院西安工業大學