浅谈吉林清真西寺钢结构节点设计

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　摘 要：本文阐述了吉林清真西寺钢结构构件的连接形式、设计要求、连接方法、结构特点及典型的连接节点，为以后的钢结构设计工作提供一定的借鉴。

　　关键字：钢结构；节点设计

　　一、概述

　　钢结构在吉林清真西寺工程中得到很广泛的应用，钢结构用作主结构钢平台，零星结构钢平台、楼梯、屏蔽隔板、管道设备支撑、走道、护栏、旋转爬梯、临时顶盖、穹顶，几乎所有钢结构的连接都是采用高强螺栓和焊接进行。本文主要概述钢结构连接节点的设计方法。

　　二、钢构件连接节点的形式

　　按构件受力方式可分为：单剪连接、弯矩连接、扭矩连接，及其与轴向力的组合连接，支撑连接(包括水平支撑、垂直支撑、斜支撑)。按构件的连接方式可分为：单板连接、双板连接、单角钢连接、双角钢连接、端板连接。按构件与构件间的连接可分为：梁-梁连接，梁-柱连接及其分别带有水平支撑和垂直支撑的连接，柱拼接(包括大小柱的拼接)。

　　三、钢结构连接接点的设计要求

　　吉林清真西寺工程对钢结构的加工和安装要求决定了钢结构的连接方式，按照业主要求，由于加工车间的焊接易于保证焊缝质量，而大批量的钢构件既适于车间加工保证工程进度的要求，同时又便于现场安装方便快速，因此决定在钢结构的节点设计中，构件与构件之间的连接尽量采用螺栓连接，除非在那些使用螺栓连接将使整个节点变的非常复杂或被连接的构件尺寸较小、无足够空间布置一定数量螺栓的情况下才采用现场焊接的连接设计。

　　对于节点设计的另外一个重要要求是连接螺栓和焊缝所能提供的力必须大于所给外力或被连接构件的最大承载力。此外对于和预埋件相连接的构件为使连接方便，并且便于处理预埋件定位偏差造成的影响，通常采用现场焊接。在浇筑混凝土时遗漏预埋间的情况下为便于钢构件和混凝土的固定，采用HILTI膨胀螺栓和化学螺栓连接，是最常用的构件连接方法。

　　四、钢结构连接节点的设计方法

　　A：简支梁连接

　　梁-梁，梁-柱是钢结构设计中的基本连接，一般采用简支梁连接形式，可使用双角钢、端板、单板双板连接。此状况下一般将双角钢与次梁车间焊接，现场用螺栓将主梁腹板与双角钢连接。

　　在此连接状态，螺栓不受偏心载荷，而焊缝受到偏心载荷的作用，由于焊缝采用三面围焊其抗弯能力较高，因此，在较重载荷的情况下，一般采用双角钢连接。相对而言，螺栓承受了附加偏心载荷。在另外一些场合，如载荷较大并且次梁与主梁成一定的角度时，将钢板弯折成相应的角度，形成类似于双角钢的连接。如果载荷较小，可采用较简单的端板连接，在此类连接中，适当增加端板板厚，可承受剪力和轴向力的组合荷载。时对于主次梁不是正交的情况下，端板连接在加工工艺性上的优点比双角钢连接更好。

　　单板连接对于连接槽钢等类的次梁而言是非常简便的，尽管螺栓受偏心载荷，只要螺栓的承载力大于外载荷，而单板于主梁的焊缝一般采用三面围焊，其受力状态较好。如果由于上下翼缘切割腹板需要加筋时，只需要在单板的另一侧即腹板内侧焊接一加劲板。

　　双板同样适用于在主梁上无法紧固螺栓的场合，当外载荷较大而螺栓单剪又不足以抵抗外载荷时，采用此连接方式。其缺点就是螺栓及梁均受偏心载荷的作用，需要比较复杂的计算程序进行螺栓在剪力及弯矩综合作用下的验算。决定连接节点设计的重要因素是设计载荷的选择，根据钢结构设计规范CSA16.1，设计载荷与被连接梁的抗弯截面系数，梁的屈服强度，及梁跨距有关，当跨距较小时（〈2M〉，其值取梁腹板抗剪力之半，设计载荷的最大值应不超过梁腹板的抗剪力。一般情况下，设计载荷Vf=4M/L2其中：L为跨距，M为梁最大抗弯矩（M=0.9SxFy（kN.m））。

　　B：弯矩连接(刚性连接)

　　当被连接梁处于悬臂状态或要求采用全强度连接时，必须采用弯矩连接，连接接头中，腹板承受剪力，上下翼缘承受轴向拉力和压力。弯矩连接是非常复杂和费用较高的连接，由其节点设计的复杂程度所决定。一般情况下，对腹板可采用双角钢或端板连接承受剪力，上下翼缘的拉力或压力可通过连接板与次梁上下翼缘用螺栓连接。在上翼缘铺盖钢格栅时，一般不宜采用上翼缘用连接板的方式，而采用带垫板的现场全焊透方式进行连接，这样既节省了高强螺栓的使用，又使连接变得简单。一重型梁与柱的弯矩连接所采用的连接就说明了这一点，如图五所示，为了使上下翼缘的轴向拉、压力不致使柱的单侧翼缘承受，此节点中在次梁上下翼缘方向，使用了四块加劲板以抵抗次梁沿翼缘方向的轴力，阻止柱翼缘的局部变形，使柱受力均匀，减少次梁上下翼缘和柱翼缘接触的应力集中，由于在该连接中，梁翼缘传递的轴向力较大，增加一斜向加劲板及在连接双板上加劲以使柱翼缘的受力更加均匀。

　　对于较小载荷的梁柱弯矩连接，可采用端板连接的方式进行，在此类连接中次梁上下翼缘及腹板均与端板焊接，用螺栓将端板与柱翼缘或腹板连接，但端板必须有足够的厚度以抵抗次梁翼缘板的轴向力。焊缝可根据次梁翼缘板的厚度或外载荷的大小选择角焊缝或全焊透坡口焊。主次梁弯矩连接，一般情况在主梁腹板焊一连接板与次梁下翼缘用螺栓连接，主梁上翼缘与次梁上翼缘采用带垫板的现场全熔透焊，腹板之间的连接可采用双角钢或端板用螺栓进行连接。

　　C：斜支撑连接

　　斜支撑按其连接形式可分为钢结构楼面层的水平支撑和柱间垂直支撑连接。连接主梁和柱间的垂直支撑在结构中通常起结构横向稳定的作用，将主梁的重力载荷传递给柱或地面，另一类垂直支撑即是桁架上下弦杆间的斜向支撑，将上下弦杆之间的力互相传递。连接主梁和次梁沿水平方向布置的斜向支撑主要提供结构的侧向稳。