钢节点的抗震设计范文

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《四川建材杂志》2014年第四期

1钢结构中钢节点的抗震设计

随着我国经济和科技的快速发展，高层和超高层中钢结构建筑的设计和应用越来越多，最近几年由于自然灾害(如地震等)的频繁发生，钢结构的抗震设计问题日显严重，在钢结构中，钢节点的设计又是其重要环节。

1.1钢节点的破坏机理在钢结构中，由于钢节点处的受力比较集中，结构构造比较复杂，其施工难度相对较大，容易造成钢节点处形成应力集中和强度不均匀的现象。另外，由于可能存在一定的构造缺陷和施工过程中存在的一些问题(如焊缝施工缺陷:焊缝中存在气孔、夹渣、咬边或者焊缝烧穿、弧坑、未满焊和构造缺陷等)都将引起钢节点处的连接破坏，最终影响钢结构的承载能力。经过大量的实验和研究表明，钢结构中节点的破坏主要是脆性破坏，其脆性破坏的裂缝从梁下翼缘与柱翼缘相交焊缝处，通过不同的扩展途径，形成了多种多样的断裂破坏形式。其主要的破坏形式有:加劲板的屈曲和开裂、加劲板焊缝中出现一定的裂缝、腹板的屈曲和裂缝、焊接部位拉脱、铆接断裂、螺栓连接的破坏等。

1.2钢节点的设计原则钢结构中的节点连接对结构受力有着重要影响。钢节点的基本设计原则是节点应该能够完全传递被连接板件的弯矩和剪力，并且能够充分的发挥钢材的塑性性能，以保证钢结构节点在地震作用下少发生甚至不发生脆性破坏并且要保证结构在梁内而不是在柱内产生一定的塑性铰，来消耗地震时所输入的能量。在抗震设计中，根据结构的抗震需求，为了保证结构具有一定的安全性和遵循“强节点、弱构件”的设计理念，钢节点的承载能力应大于结构构件的承载能力。抗震设防的高层建筑钢结构框架，从梁端或柱端算起的1/10跨长或2倍截面高度范围内，节点设计应验算下列内容:①节点连接的最大承载力;②构件塑性区的板件宽厚比;③受弯构件塑性区侧向支撑点间的距离。高层钢结构的节点连接，根据具体情况可采用焊接、高强螺栓连接或栓焊混合连接。根据受力情况节点的焊接连接可采用全熔透或部分熔透焊缝，遇下列情况中的一种时应采用全熔透焊缝:①要求与母材等强的焊接连接;②框架节点塑性区段的焊接连接。高层钢结构承重构件的螺栓连接，应采用摩擦型高强度螺栓，以避免在使用荷载下发生滑移，增大节点的变形。

1.3防止钢节点脆性破坏的措施1)从选材方面，应注重选择屈强比较低的材料，因为这样的材料应力－应变曲线下的面积比较大，说明其具有较大的消耗地震能量的能力。材料的选取不仅要满足强度的要求还要满足其韧性要求。2)从设计方面讲，从强度角度进行设计，使节点的强度比杆件的强度高，在避免增加结构刚度和接头部位应力集中情况的前提下，适当对节点进行一定的加强，以满足“强节点弱构件”的原则，避免塑性铰出现在柱中。避免发生失稳破坏，减少结构和焊接接头处的应力集中，在设计腹板上的工艺孔时应尽量的圆滑。3)从施工和检验的过程中，要严格按照相关规定。例如:焊接前要将焊条按照相关规定进行烘干，焊接部位的母材应按要求的温度在一定范围进行预热。引弧板和垫板应该按照规定的规格进行加工制造，坡口尺寸要符合有关规定。尽量减少焊接过程中的缺陷，要对所有焊缝进行检查，凡不合格的焊缝，都要按相关要求进行修补。4)从钢结构预制构件的拼接方面，在钢结构预制构件的拼接过程中，预制钢构件的连接增加了结构整体的超静定次数，从而增加了形成塑性铰的数量，构成多道抗震防线，不仅能够提高结构的抗震可靠度，更延长了结构进入倒塌的过程。即使是纯框架结构之类的楼房，也能大大提高其抗震能力。并且这种结构也具有施工方便、工期短、质量轻、结构面积小、节能环保、方便维修等优点。5)降低节点的缺陷敏感程度，强度和延性是结构抗震设计中的两个最重要的指标。从梁柱连接方面来说，现行的抗震设计规范基本上能有效的实现“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计概念。但是，结构链接的塑性变形能力还不是很可靠，不管是全焊式连接还是栓焊混合连接，其延性都不能很好的达到理想要求。为了能从根本上解决脆性破坏的问题，对延性的抗震设计概念，不仅要求抗弯钢框架的设计应能保证塑性铰在且仅在梁上出现，而且还要求延性的可靠性，也就是要求采取有效的措施来降低节点的缺陷敏感程度。例如:将梁柱连接在构造上使塑性铰外移，可以通过局部加强节点部位和在离开柱面一定距离处将梁截面局部消弱。在钢梁结构中，塑性铰长度约为梁高的一半，当对节点进行局部加强时，可使塑性铰位置距加强部分边缘处梁高的1/3。同时，节点的局部加强也可以将塑性铰外移，但应该注意的是不要出现弱柱，否则就违反了“强柱弱梁”的原则。

2结语

随着我国经济的快速发展，钢结构在我国现代化建设中的地位日益突出，在国民经济建设的各个领域中都得到了广泛应用。同时，由于钢结构是一种抗震性能良好的结构形式，在我国的抗震建筑设计中表现出极其重要的作用。在钢结构的抗震设计中，钢节点的抗震设计是一个重要环节。本文基于钢节点的破坏机理，分析了钢节点的设计原则，提出几种防止钢节点脆性破坏的措施，对于高层建筑中抗震设计具有重要的意义。

作者：唐红梅唐翠丽单位：黄河水利职业技术学院西安工业大学