浅谈开放型装配式小高层建筑梁柱连接.doc

浅谈开放型装配式小高层建筑梁柱连接装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力并可提高建筑质量。保证这类建筑的结构具有足够的刚度和整体性的关键是构件连接。柱与基础、柱与梁、梁与梁、梁与板等的节点连接，应根据结构的需要和施工条件，通过计算进行设计和选择。钢框架是装配式建筑的一种重要形式，而钢框架的大面积的推广，重在节点的连接。本文主要谈梁柱节点连接。 梁柱连接的节点起着传递梁柱间的弯矩和剪力的作用，关系到结构的整体受力，是结构的主要组成部分。梁柱设计原则是强节点，弱构件以及强柱弱梁，使其具有足够的强度和刚度。按连接构件之间的关系可以把梁柱的连接形式分为：1铰接（柔性连接），假定只传递剪力，不传递弯矩。如牛腿搁置法，就是柱子边上伸出很短的悬臂，用来把梁搁在上面的构造。牛腿连接不承担弯矩，梁可以在牛腿上毫无约束地转动，所以是完全的铰接。2.刚性连接，即为构件在水平方向垂直方向固定的，没有相对角位移。可以承受剪力以及弯矩。包括全焊连接，栓焊连接，全栓连接。高层建筑中，当抵抗侧力时，一般采用刚接。3.半刚性连接，转动刚度介于铰接和刚性连接。可以传递一部分弯矩和剪力，转动一定的角度，对地震荷载而言具有韧性好，变形大，有较强的耗能性能。同时还可以减少斜撑的数量及节点用钢量,是理想的钢框架梁柱节点形式。如双腹板角钢连接，矮端板连接。1钢框架梁柱节点刚性连接形式：1. 1全焊连接全焊接连接节点是工程中较为常见的梁柱连接节点形式,即梁的上、下翼缘采用全熔透坡口对接焊缝,腹板用角焊缝与柱连接,且工字型柱在梁翼缘对应处应加水平加劲肋,箱形柱内应设加劲肋隔板,加劲肋应按与梁翼缘等强设计,其连接焊缝亦应满足等强传力的要求，严格控制局部裂缝的产生，一经发生便容易扩展到整体。梁柱刚性连接中,梁端内力向柱传递时,梁端弯矩主要由梁翼缘承担,梁端剪力则主要由梁腹板承担。全焊节点适用于工厂连接，不适用工地连接.为增加结构刚度,根据“强节点、弱构件”的原则,适当加强节点,以不发生失稳为条件,设计时可适当削弱梁,相对的增强了柱的刚度，使“塑性铰”外移。另外,要尽量减小结构应力集中现象,采用K型坡口的对接与角接组合焊缝T型连接，这种构造可以减小应力集中现象，改善接头的疲劳强度。把对接与角接组合焊缝表面的加高除去，或加工成圆滑的平缓过渡，更可以提高连接的疲劳强度。减少焊接时的残余应力，使结构发生脆性破坏的可能性降低。1.2.栓焊混合连接节点的形式栓焊混合连接节点是目前多、高层钢框架结构工程中最为常见的梁柱连接节点形式,即梁的上、下翼缘采用全熔透坡口对接焊缝,而梁腹板采用普通螺栓或高强螺栓与柱连接的形式。这样既可以保证节点属刚性连接,同时结构可承受一定的动力荷载。栓焊混合连接节点能满足工程抗震所要求的延性,设计时要充分考虑节点处梁的强度因打孔而被削弱的情况,也要注意梁上的孔应平滑过渡。栓焊混合连接节点的梁腹板与柱通常采用摩擦型或承压型高强螺栓连接,实际工程中前者应用居多。摩擦型高强螺栓连接在受剪设计时,以剪力达到板件接触面间由螺栓预压力使板件压紧所提供的最大摩擦力为极限。在设计摩擦型高强螺栓时,应保证连接点在整个使用期间的剪力不超过最大摩擦力,使板件间不会发生相对滑移变形,连接件按弹性整体受力考虑。高强螺栓承压连接，起先由摩擦传力，后期则由依靠螺栓抗剪和承压传力，承载能力比摩擦型高，可以节约钢材，也具有连接紧密，可拆换，安装简单等优点。但这种连接在摩擦力被克服后，剪切变形大，规范规定高强螺栓承压型连接不得用于直接承受动力荷载的结构。据国外新报道，具有三个或者更多螺栓的连接中，由于制孔位置的偏差，部分螺栓在承受荷载前已经和孔壁接触，受力后不会出现滑移，因此，承压型连接的应用成日渐推广之势。1.3.全螺栓连接节点全螺栓连接节点为梁腹板及翼缘与柱以普通螺栓或高强螺栓现场连接,以传递轴力、弯矩与剪力的连接形式。因连接节点的刚性不如前两种连接形式好,滑移相对较大，全栓接节点的费用较高，故实际工程中应用较少。2改进设计1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中焊接梁柱刚性节点出现大量脆断现象且破坏位置主要集中在梁翼缘与柱连接的焊缝处。美、日学者在地震后进行调查、试验研究的基础上指出了影响节点承载力和延性的三个主要因素: 焊接金属的断裂韧性，焊接孔的尺寸形状，节点板的变形控制。进一步的研究提出了若干改造节点延性的措施，主要包括:（1） 增强型节点 增强型节点是通过加强节点，实现“强节点弱构件”的设计思想，使塑性铰的生成位置出现在偏离节点的梁上，常见的增强型节点主要有以下几种：盖板式节点就是在梁柱节点处局部加强梁的上下翼缘。这种节点的延性好于普通型节点，造价要比其他增强型节点低，但有时也出现脆性破坏。其盖板与梁翼缘的焊接与检测相当困难，特别是采用厚盖板将使坡口焊很大，致使焊缝的收缩与复原更加困难，故应用不多。劲板式节点是梁柱节点处梁的上下翼缘加直立或倾斜劲板，避免了盖板式节点的大坡口焊，焊缝的收缩及三轴应力状态都有缓解，但焊接与检测仍然存在问题，同时其造价比盖板式高。如加腋式节点，提高节点承载力。加腋节点是在节点部位梁的下面加上三角形梁腋，以增加节点处的有效高度，迫使塑性铰在节点区域外形成，减少梁下翼缘处对接焊缝的应力。边板式节点就是在梁柱节点处用边板和填板将节点加固，解决了焊接和检测的困难，但造价无疑是最高的，而节点性能并没有明显提高。针对传统作法中梁腹板与柱翼缘的纯螺栓连接，提出附加焊缝连接，以更好地帮助翼缘传力。试验结果证实了它对提高连接强度和塑性旋转能力的作用，而且施工并不复杂，可在我国研究推广。（2）削弱型节点削弱型节点是指保持节点区的原有构造措施不变，对距离节点一定位置的梁截面进行局部削弱，迫使在地震荷载作用下塑性铰的形成位置偏离相对脆弱的节点焊缝区，从而实现“强节点弱构件”的设计思想。翼缘削弱型节点（也称为“狗骨式”节点）是采用削弱梁截面的方式来降低梁的抗弯能力，相对而言等于提高了节点的抗弯能力，通过削弱梁来保护节点，迫使强震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝，出现在具有很大延性的梁上。腹板切缝型节点是将梁冀缘与腹板用切缝局部隔开，梁腹板与柱翼缘焊接连接。其理论和试验分析证明，切缝对节点刚度及承载力的影响并不显著，但能使塑性铰外移，减小节点处的应力集中系数，并且能改变节点的破坏模式，使节点附近的梁段由原来的塑性屈服破坏转变为梁翼缘局部屈曲破坏。焊接孔扩大型节点是一种新型抗震节点，是将焊接孔沿梁长方向扩大。可有效的增强节点的延性，而且对节点区的承载力影响较小，制作工艺与传统节点基本相同。腹板开孔型节点的设计思想是通过在梁腹板上开孔来保护梁柱节点，使梁腹板的抗弯能力低于节点的抗弯能力，从而使梁腹板在地震作用下先于节点形成塑性机构，保证梁柱连接处的弹性工作状态，腹板开孔型节点开孔的构造尺寸要能控制塑性铰的位置并保证节点承载力下降不致过多。结语梁柱连接是装配式结构设计中重要而又复杂的环节之一，节点连接的可靠性严重地影响着钢结构的整体性能。传统的钢框架分析和设计中,一般假定梁柱节点是完全的刚接或理想铰接。但从M-关系模型可以看出，真实结构应为半刚性连接: 既可以传递一定的弯距，又会在梁柱之间产生一个相对转角。在我国，由于技术水平的限制，刚性节点在很多情况下不能达到设计要求，存在着大量的工程隐患