PPT钢结构的节点连接设计讲义

多高层房屋钢钢结构的节点连接设计计主要内容容1讲述多、高层层房屋钢结构构梁柱刚性连连接节点设计计及其相关的的国家标准图图01SG519的构造详图(上午)。2介绍国家标准准图03SG519-1与04SG519-2节点连接设计计的技术条件件、图集的内内容及其使用用方法(下午)。第一部分分多多、高层房屋屋钢结构梁柱柱刚性连接节节点设计节点连接在结结构设计中的的重要性：常用的一般建建筑钢结构，，都是由若干干竖杆、水平平杆或加上斜斜杆组成抗侧侧力的框架、、或框架支撑撑结构。这些些杆件的组合合，之所以能能成为一个承承力构件，能能承担一定的的竖向荷载和和水平荷载，，靠的就是各各杆件之间的的节点将这些杆件用用各种不同的的连接方式和和连接件将它它们连接成为为一个非机动动构架。这种种杆件系统的的构件，在外外荷载作用下下，一旦节点点发生破坏，，整个结构就就会成为机动动构架而失去去承载能力。在以以往往国国外外多多次次地地震震中中，，常常常常发发生生钢钢框框架架节节点点和和竖竖向向支支撑撑节节点点破破坏坏的的事事例例，，特特别别是是1994年发发生生在在美美国国的的北北岭岭地地震震和1995年发发生生在在日日本本的的阪阪神神地地震震，有有好好几几十十幢幢房房屋屋钢钢结结构构倒倒塌塌，，好好几几百百幢幢多多、、高高层层房房屋屋钢钢结结构构的的梁梁柱柱刚刚性性连连接接节节点点受受到到严严重重破破坏坏，，引引起起了了世世人人的的极极大大关关注注，，促促使使一一些些国国家家的的学学者者、、科科技技人人员员加加强强了了这这方方面面的的研研究究，，其其重重要要性性显显得得尤尤为为突突出出。。我国国是是世世界界上上遭遭受受地地震震最最严严重重的的国国家家之之一一，，不不论论是是历历史史上上还还是是现现代代，，地地震震在在中中国国的的死死亡亡人人数数和和经经济济损损失失在在世世界界上上都都是是居居于于首首位位。。世世界界地地震震史史上上死死亡亡人人数数最最多多的的一一次次地地震震是是1156年我国国的的陕陕西西华华县县8级地震震，，死83万人人（（摘自自魏魏琏琏编编著著的的《建筑筑结结构构抗抗震震设设计计》万国国学学术术出出版版社社，，1991）。在在世世界界近近代代地地震震史史中中，，死死亡亡人人数数最最多多的的一一次次.地震震也也发发生生在在我我国国，，即即1976年河北北唐唐山山7.8级地震震，，死24万余余人人。。地震震在在我我国国造造成成的的经经济济损损失失十十分分巨巨大大，，据据建建国国以以来来十十几几次次7级以以上上地地震震的的不不完完全全统统计计房房屋屋倒倒塌塌1亿多平平方方米米，，直直接接经经济济损损失失达达数百百亿亿之多多。就以以最最近近几几年年为为例例，，在在我我国国新新疆疆、、西西藏藏、、云云南南、、内内蒙蒙古古自自治治区区、、江江西西等等地地先先后后就就发发生生了了多多起起6级左左右右的的地地震震。。这这就就说说明明了了地地震震活活动动在在我我国国还还是是相相当当频频繁繁的的，，因因此此正正确确地地认认识识我我国国地地震震活活动动的的特特点点以以及及我我国国经经济济力力量量的的现现狀狀，，充充分分运运用用国国内内、、国国外外现现代代地地震震科科学学技技术术的的成成就就，，采采用用合合理理的的，，既既安安全全又又经经济济的的抗抗震震设设计计方方法法，，来来改改善善建建筑筑物物的的抗抗震震性性能能，，减减轻轻城城乡乡地地震震灾灾害害，，是是我我们们每每个个结结构构设设计计人人员员义义不不容容辞辞的的使使命命。。因此在多多层和高高层钢结结构房屋屋抗震设设计工作作中，连连接节点点设计，，在整个个设计工工作中应应将其视视为一个个非常重重要的组组成部分分。节点点设计是是否恰当当，将直直接影响响到结构构承载力力的可靠靠性和安安全性。。因此节节点设计计至关重重要，应应予以足足够的重重视。但但是，在在多、高高层房屋屋钢结构构中，连连接节点点很多(如国家标标准图所所编制的的诸多节节点也只只是高层层钢结构构房屋中中一般性性的常用用节点)，今天只只能检其其最主要要的、如如与梁柱柱刚性连连接的节节点以及及与之相相关的一一些节点点来谈谈谈：首先谈谈谈目前多多高层房房屋钢结结构梁梁柱刚性性连接节节点设计计中所存存在的问问题及及其正确确的设计计方法按照现行行的《建筑抗震震设计规规范》GB500112001多层和高高层房屋屋钢结构构的连接接节点的的抗震设设计应分分两个阶段段进行，而而各个阶阶段所采采用的计计算公式式分别如如下：一是，当遭遇遇多遇地地震作用用（小震震）时，，应采用用表达式式。。即即抗震规规范公式式(5.4.2）。注意：该该条在规规范中为为必须严严格执行行的强制制性条文文。式中：S—考虑多遇遇地震作作用时，，荷载效效应和地地震作用效应在在结构构构件中的的组合设设计值，，包括组合的弯弯矩、轴轴向和剪剪力设计计值。R—结构构件件及其连连接的承承载力设设计值。。—结构构件件及其连连接的承承载力抗抗震调整整系数（对于框框架梁、、柱取0.75；连接焊缝缝取0.9；连接螺栓、、节点板板件取0.85；支撑取0.8等）二是，当遭遇超超过多遇遇地震（（小震））作用至至基本烈烈度（中中震）设设防，或或遭遇罕罕遇地震震作用（（大震））、按（（大震烈烈度）设设防时，，规范还还要求用用公式即即抗震震规范公公式(8.2.8-1）进行连接接的极限限承载力力验算；；但是，在在执行上上述规范范时，不不同的设设计人员员，很可可能在相相同设计计条件下下设计出出三种承承载力相相差非常常悬殊的的连接作作法，这这三种不不同的作作法是:一是，当按计计算时时，完全按组组合内力力来设计连连接节点点。二是，组合内内力只是是作为设设计构件件截面的的依据。。但在塑性区的节点连连接设计计时，是取高于于构件的的最大承承载力设设计值作为节点点的作用用力来对对节点连连接进行行设计与与验算。。三是，完全抛抛开以上上两种设设计方法法，而是是完全按照照公式来进行连接的极极限承载载力计算。以上三种种截然不不同的设设计方法法，将直直接影响响到设计计的节点点是否满满足“强节点点弱杆杆杆”的抗震要要求。是是否能实实现“小震不不坏,大震不倒倒”设计目标标的根本本问题，，所以下下面将着着重讨论论证明前前面所提提到的第一种是是错误的的，第三种设设计理念念虽然可可取，但但式中的的有关系系数和强强度取值值有问题题，很不不安全。唯第二种设设计计算算方法才才是比较较稳妥、正确的，但也存存在着不不够完善善的问题题。1第一种设设计方法法（即按组组合内力力来设计计的方法法）采用该法法的理论论根据是是，认为为在多遇遇地震作作用下，，结构处处于弹性性阶段，，连接设设计只要要根据组合内力力，并根据据梁的应力强度度比R1（即梁的地地震组合合弯矩设设计值乘乘以梁的的承载力力抗震调调整系数数0.75后，在梁梁截面中中产生的的弯曲应应力与梁梁的钢材材强度设设计值之之比）来进行行设计即即可。且且认为可可按以下下三种不同情况况分别进进行处理理。为了了方便说说明问题题，在此此引用一一个具体体数字来来说明这这一方法法的思路路。以下是电电算结果果的表示示方法，，摘自《高层建筑筑结构空空间有限限元分析析与设计计软件ＳＡＴＷＷＥ假定梁端端有一个个的的地震组组合弯矩矩,并将表达达式变变换换为。。在在验算梁梁截面时时，要求求梁截面面抗弯承承载力设设计值必必须，但在确确定梁端端的焊缝缝连接时时，其焊焊缝截面面的抗弯弯承载力力设计值值就必须须要。即在相相同组合合弯矩作作用下,经过规范范采用不不同的调调整系数数调整后后，就变变成了在在设计焊焊缝连接接与设计计梁截面面时，分分别采用用不同的的内力设设计值来来进行设设计。即即在设计计连接焊焊缝时所所取的内内力设计计值，就就应是梁梁截面内内力设计计值的倍倍。1）如果所设设计的梁梁截面刚刚好等于于（即应力强度度比R1刚好等于于时时）），由于于梁端连连接焊缝缝的抗弯弯承载力力设计值值需要此此时时梁端整整个截面面即使采采用全熔熔透的对对接焊缝缝，也只只能承受受的的弯弯矩。怎怎么办？？可采用加加强式连连接来解解决（如加盖盖板；或或局部加加宽梁端端翼缘板板，或在在梁端下下翼缘加加腋板等等办法来来增大焊焊缝的截截面积以以增大焊焊缝的抗抗弯能力力）。2)如果在梁梁端不采采用加强强的作法法，而是在工工厂采用用全焊缝缝连接的的常规作作法。由于于焊缝缝的抗抗弯承承载力力最多多只能能作到到与梁梁截面面的抗抗弯承承载等等强，，此时时就必必须要要改用用一个个能承承受的的梁截截面，，但此此时由由于梁梁截面面只需需用的的弯矩矩值来来设计计，梁梁的承承载力力有富富裕不不能充充分利利用，，其应力强强度比比（即梁梁的地地震组组合弯弯矩设设计值值乘以以梁的的承载载力抗抗震调调整系系数后后，在在梁截截面中中产生生的弯弯曲应应力与与梁的的钢材材抗拉拉强度度设计计值之之比））只用到到了。。3）如果在在梁端端仍不不采用用加强强的作作法，，而是是在梁梁端采采用栓栓焊连连接的的另一一种常常规作作法（即梁梁腹板板与柱柱之间间采用用只传传递剪剪力的的螺栓栓连接接，梁梁翼缘缘与柱柱之间间采用用只传传递弯弯矩的的全熔熔透坡坡口对对接焊焊）由于焊焊缝的的抗弯弯承载载力最最多只只能作作到梁梁截面面抗弯弯承载载力设设计值值的，，此此时就就必须须要改改用一一个能能承受受的的梁梁截面面，但但此时时由于于梁截截面只只需用用的的弯矩矩值来来设计计，梁梁的承承载力力更加加富裕裕而不不能充充分利利用,其应力力强度度比只用用到了了。总结：：连接设设计的的第一一种方方法，，从上上面的的具体体算例例可以以看出出，如如果在在抗震震的节节点连连接设设计中中，按按地震组组合内内力来进行行设计计，就就必然然出现现下面面归纳纳的三三种情情况：：1）当梁的的应力力强度度比大大于0.83时，就就应开开始在在梁端端采取取加强强措施施来增增大焊焊缝的的抗弯弯承载载力当当梁的的应力力强度度比大大到等等于1.0时，其其加强强后的的焊缝缝抗弯弯承载载力设设计值值就应应不小小于梁梁截面面抗弯弯承载载力设设计值值的1.2倍。(该1.2即为焊焊缝的的抗震震调整整系数数，，与与梁梁的抗抗震调调整系系数之之比比）。。如下图图所示示：即当应应力强强度比比为为0.83～１时2）当梁的的应力力强度度比小小于0.83时，在在梁端端就可可以不不必加加强，，而只只需采采用全全焊接接连接接（即即截面面的抗抗弯等等强连连接））就可可满足足使焊焊缝的的抗弯弯承载载力设设计值值大于于组合合内力力设计计值的的1.2倍的要要求。。如下下图所所示：：即当应应力强强度比比为为0.83～0.73时3）当梁的的应力力强度度比小小于时，在在梁端端还可可以采采用栓栓焊连连接的的作法法（即即梁腹腹板与与柱之之间采采用只只传递递剪力力的螺螺栓连连接，，梁翼翼缘与与柱之之间采采用只只传递递弯矩矩的全全熔透透坡口口对接接焊））同样样也能能使栓栓焊连连接的的承载载力大大于组组合内内力设设计值值1.2倍的要要求。。如如下图图所示示：即当应应力强强度比比<0.830.85=0.70时按照以以上的的思维维方法法来设设计抗抗震连连接节节点是是不是是就可可以了了呢？？如果果单从从多遇遇地震震作用用效应应来进进行以以上的的设计计，好好像是是可行行的，，但从从抗震震设计计的原原理和和当地地震烈烈度高高于多多遇地地震时时来看看，却却又是是不可可行的的。因因为，，我们们的设设计目目标不不仅仅仅是只只满足足小震震不坏坏的强强度要要求，，而更更重要要的是是要实实现大大震不不倒的的设计计目标标。如按组组合内内力来来设计计连接接节点点，只只能说说,其连接接只能能抗小小震而而不能能抗大大震。。这是是因为为：当地震震烈度度高于于多遇遇地震震进入入设防防烈度度的过过程中中，凡凡是应应力比比较低低（即即截面面较大大）的的抗侧侧力构构件，，由于于仍处处于弹弹性阶阶段，，其构件件内力力仍将将继续续随地地震作作用的的加大大而加加大（因为为多遇遇地震震的烈烈度要要比基基本烈烈度低低1.55度。其其地面面加速速度和和地震震影响响系数数最大大值只只是是设防防烈度度地面面加速速度和和地震震影响响系数数最大大值的的0.35倍）,梁的弯弯曲应应力比比必然然也将将随之之增大大到1.0。同样，，也需需要把把前面面的第第二、、第三三两种种节点点连接接形式式（或下页的的第二、、第三图图）的梁端截截面局部部加大，，使连接接焊缝的的抗弯承承载力设设计值达达到不小小于框架架梁抗弯弯承载力力设计值值的1.2倍，才能能确保框框架梁在在大震时时进入塑塑性，使使延性得得到充分分发挥。。否则，只只加大截截面而不不加强连连接，则则连接焊焊缝的弯弯曲应力力必然高高于梁端端截面的的弯曲应应力。当当地震作作用不断断加大时时，就很很容易发发生当梁梁端截面面还未进进入塑性性之前,处于梁端端薄弱的的连接焊焊缝，就就会因弯弯曲应力力过高而而发生““脆脆性破坏坏”。。现再再利用下下图来加加以说明明。.2第二种设设计方法法（即杆杆件承载载力设计计法）从前面的的论述和和结合上上图足以以说明：：在多遇遇地震阶阶段，按按表达式式对对构件件和节点点连接进进行设计计验算时时，结构构件件的地震震内力组组合设计计值只能能作为控控制构件件截面的的依据。。当结构构构件截截面决定定之后，，只要是是在塑性性区段，，就应改改用以构构件的承承载力来来进行连连接设计计。如对于框框架结构构中的梁梁柱刚性性连接节节点，就就应使梁梁端焊缝缝的抗弯弯承载力力设计值值不得小小于框架架梁抗弯弯承载力力设计值值的1.2倍。无疑第二二种设计计方法（即杆件件承载力力设计法法）才是是正确的的。从理论上上讲，在在梁柱的的连接节节点中，，要是连连接焊缝缝真正做做到了与与被连接接构件的的等强连接接而又无瑕瑕疵和缺缺陷的话话，是不不需要采采取任何何加强措措施的。。但事实实上由于于在梁端端的焊缝缝连接处处存在诸诸多不利利因素，，如焊接工工艺孔对对梁腹板板截面的的削弱；；对接焊焊缝不可可避免的的存在某某些缺陷陷（如焊接接产生的的气孔、、夹渣、、熔敷金金属未完完全熔合合、弧坑坑、咬边边、焊后后收缩产产生的微微裂缝））；热影响区区产生的的残余应应力的不不利因素素；以及还还应考虑虑到当梁截面面在形成成塑性铰铰时，由由于有的的钢材屈屈服强度度偏高而而加大连连接受力力的不利利因素等等等……。所以在规规范的强强制性条条文中分分别将焊焊缝的取0.9将梁的取取0.75,焊缝连接接的承载载力高于于构件承承载力设设计值的的1.2倍还是比比较合理理的。此此处的1.2，可视为为连接的的加强系系数。有有了这个个加强系系数，就就可以较较好的保保证当框框架梁的的端部出出现塑性性铰时，，梁端的的连接基基本还处处于弹性性状态。。就可以以在当地地震烈度度高于多多遇地震震烈度时时，框架架梁在尚尚未出现现塑性铰铰之前，，节点连连接就可可避免过过早的发发生脆性性破坏。。使结构的的整体性性得到保保证。按照这一一原则设设计的连连接，就就可以有有把握地地实现以以下两个个设计目目标：一是，可以保保证结构构在多遇遇地震作作用下，，各结构构构件都都具有足足够的强强度并使使连接的的应力低低于框架架梁的应应力，以以实现小小震不坏坏的设计计目标。。二是，可以保保证当地地震烈度度高于多多遇地震震烈度时时，迫使使处于高高应力下下的框架架梁率先先进入塑塑性、发发展成为为塑性铰铰，使钢钢结构的的良好延延性得到到充分的的发挥来来耗散地地震能量量，实现现大震不不倒的设设计目标标。这一设计计理念是是与目前前美国自自1994年北岭此此震以后后在设计计思想方方面所发发生的变变化和采采用的设设计方法法是一致致的。对照现行行规范中中梁端未未采取任任何加强强措施的的栓焊连连接节点点作法和和全焊连连接的作作法，都都是不满满足连接接的承载载力应大大于构件件承载力力设计值值1.2倍要求的的。而只有在梁梁端采用用局部加加大截面面，或在在离梁端端不远处处将梁的的上下翼翼缘进行行削弱，，以增大大焊缝的的抗弯能能力（或或降低焊焊缝的弯弯曲应力力）才可可以得到到解决。但局部部加大梁梁端截面面（或削削弱）后后，就必必然使塑塑性铰外外移，出出现所谓谓的加强强式连接接和削弱弱式的狗狗骨式连连接。尽管这些些作法给给加工带带来不少少麻烦、、增加造造价。但但自1994年美国北北岭地震震和1995年日本阪阪神地震震以后，，在一些些国家中中都乐于于采用这这种加工工都比较较麻烦的的加强式式连接和和骨式连连接，也也正是由由于原来来的焊接接连接节节点抗弯弯能力很很差，即即或是在在梁端采采用全焊焊接连接接，名义义上等强强，但实实际上也也并不一一定等强强，在地地震中照照样也遭遭受到破破坏、并并不十分分可靠而而不得不不采取的的连接加加强措施施。但第二种种设计方方法在规规范中尚尚存在着着不分地地震烈度度、结构构类型，，房屋高高度等的的不同情情况，通通通一律律将取取为为同一数数值欠妥妥的现象象如钢梁梁的为为0.75，连接焊焊缝的为为0.9，则连接接焊缝的的承载力力，通通通都应是是钢梁承承载力的的1.2倍，这对对于设防防烈度只只有6、7度的房屋屋来说显显然是不不合理的的。同时时规范还还存在着着没有提提供当梁梁端采用用加强式式连接后后相应的的连接计计算方法法和公式式。关于这一一问题，，在此次次《高钢规》的修订中中，正在在研究解解决。第三种设设计方法法（极限限承载力力设计法法）即用公式式进进行连接接计算的的方法采用该法法的理论论根据，，就是充充分利用用焊缝的的极限抗抗拉强度度远高于于钢材的的屈服强强度的这这一特性性。当框框架梁在在强震作作用下，，梁端钢钢材屈服服出现塑塑性铰后后，只要要梁端连连接焊缝缝的极限抗抗弯承载载力能够够抵抗1.2倍梁截面面的塑性性弯矩，，即可认认为满足足强震要要求。从概念上上来讲，，这种思思维方法法好像有有些道理理，但这这里面要要涉及两两个问题题。一是是，其计计算假定定是否与与实际应应力图形形相符，，二是计计算公式式中中所所隐含含的应应取何值值的问题题。为了检验用公公式是否能能抗大震的问问题，特取《高钢规》中、最具有代代表性的梁柱柱栓焊连接节节点来加以讨讨论。由于这种节点点的计算假定定是：梁腹板连接只只考虑传递剪剪力，不考虑虑传递弯矩。。梁的全截面面塑性弯矩全全部通过翼缘缘的连接来传传递给柱。这种作法，不不但不能用于于抗震结构，，就是用于非非抗震结构也也是很不合适适的。因为其一，就凭直觉，，在这种节点点中，梁端翼翼缘未作任何何加强，梁腹腹板与柱的连连接螺栓只考考虑传递剪力力、不考虑传传递弯矩。则则其梁端栓焊焊连接处翼缘缘焊缝的抗弯弯能力则只有有梁截面弹性性抗弯能力的的85%左右（即梁翼翼缘截面的弹弹性抵抗矩与与全截面弹性性抵抗矩之比比）。如果再再将因高空施施焊条件较差差、焊缝存在在缺陷以及焊焊接残余应力力等不利因素素考虑在内，，按钢结构设设计规范规定定，焊缝强度度的设计值尚尚应乘以0.9的折减系数，，则焊缝的抗抗弯承载力只只有框架横梁梁抗弯承载能能力的75%左右。很显然，像这这种比等强连连接还低，连连非抗震结构构就很难被人人接受的连接接节点，却用用在本比非抗抗震结构要求求更高的抗震震结构上，这这就违背了在在抗震设计中中必须遵循的的强柱弱梁、、强节点弱杆杆件等基本原原则。其二，从理论上讲，，其节点连接接的计算公式式与与节点点的具体作法法,在梁腹板中所所产生的应力力图形严重不不符。如下图图所示：其三即使使采用这一与与实际弯曲应应力图形严重重不符的公式式，就以这种种不合理的计计算模型来进进行计算，其其梁端翼缘与与柱的对接焊焊缝的极限抗抗弯承载力也也大大低于梁梁截面1.2倍的塑性弯矩矩。这也就有有力的证明了了这种连接节节点的作法是是毫无抗震能能力的。以下下面的验算为为证：如以Q345钢，E50焊条为例梁翼缘坡口焊焊缝的极限抗抗弯承载力：：(即式中的屈服服强度按规程规定取取最小值)。由上式如考虑高空焊焊接的不利影影响后则：事实上,式中的是波动的（如如下表所示））不应采用最小小值，而应根根据《高钢规》和《抗震规》中钢材的抗拉强度与屈屈服强度实测值的比值值不应小于1.2的规定，以最最不利考虑，，用来来计算梁翼翼缘坡口焊缝缝的极限抗弯弯承载力如考虑高空焊焊接的不利影影响后则：但在《高钢规》中对于这样的的弱节点不但但没有作出应应加强连接方方面的有关规规定和作法。。相反却作了了“在柱贯通型连连接中，当梁梁翼缘用全熔熔透焊缝与柱柱连接并采用用引弧板时，，式将将自自行满足”的规定。事实实上经过前面面的论证，这个结论是不不成立的，起到了误导的的作用。这种种节点一旦在在工程中使用用(事实上这种节节点已在实际际工程中用了了不少)，这就埋下了了在大震时，，当框架梁尚尚未进入塑性性之前，其连连接焊缝就会会过早发生脆脆性破坏的隐隐患。也正是这种弱弱节点在1994年的美国北岭岭地震和1995年的日本阪神神地震中破坏坏最为严重，，且破坏时毫毫无塑性发展展的迹象。其其根本原因就就是因为连接接焊缝的抗力力严重不足、、焊缝所受的的弯曲应力过过高而造成的的脆性破坏。。(下图为1994年，美国北岭岭地震中梁柱柱焊接连接处处的失败模式式。)由此引伸到““钢梁与箱形柱”在工厂的的全焊接节点点，由于箱形形柱的壁板不不能有效的传传递梁腹板的的塑性弯矩，，其实质与上上述节点作法法的受力情况况基本上是差差不多的。因因此“钢梁与与箱形柱”在在工厂的全全焊接节点，，应采用梁端端加强式的作作法，才有利利于抗大震。。如下图所示示：当采用如右图图所示的加强强式连接后，，其塑性铰必必然外移，梁梁腹板上的塑塑性弯矩，可可通过图中所所示的力线传传递给梁的翼翼缘加强板。。从而就可实实现梁端腹板板与柱的连接接只考虑传递递剪力、不考考虑传递弯矩矩的假定。梁端上、下翼翼缘用盖板加加强后试验的的破坏模式梁端上翼缘加加盖板下翼缘缘加腋后试验验的破坏模式式总结前面的讲讲述，在此特特为以下常用用的三类节点点作法，在抗抗震性能方面面作一个评价价：对比国外在这这方面的设计计动向自美国北岭地地震以后，在在A.R.Tamboll,P.E.Fasce,HandbookofStructuralSteelConstructionDesignandDetails设计手册中规规定:不管是采用加加强式连接还还是犬骨式连连接，在塑性性铰处的弯矩矩值均一律取取。。但在柱柱面连接处，，其梁端弯矩矩在连接中的的受力要保持持弹性。其柱柱面在梁翼緣緣方向的弯矩矩，即。。在在梁端所产生生的弯曲应力力应满足公式式。。以以防止焊缝缝破坏和避免免柱翼缘板层层状撕裂。上上式中将我国(仅指第一阶段段)与美国设计手册的计算公式进行行比较：我国，根据连接的承承载力设计值值应是框架梁梁抗弯承载力力设计值1.2倍的关系:所需焊缝的弹弹性抵抗矩焊缝截面大于于梁截面,塑性铰必然外外移，其表达达式必然为:…………..(1)所需焊缝连接接的弹性抵抗抗矩：美国：或……….(2)所需焊缝连接接的弹性抵抗抗矩：比较（均均取第一项））美国/我国（第一阶阶段）前面曾经谈到到，第三种设设计计算方法法，理念虽然然可取，但式式中中的系系数1.2和中中所隐隐含的取值不当，很很不安全的问问题，现讨论论如下：如使连连接极极限承承载力力的表表达式式改为为并并使之之与小小震阶阶段、、梁端端连接接的承承载力力设计计值应应不小小于梁梁的抗抗弯承承载力力设计计值1.2倍（表达式式即即）的计算算结果果相当当，试试求式式中的的应应取取何值值？解:根据《高钢规规》和《抗震规规》中“钢钢材的的抗拉拉强度度与屈屈服强强度（即按最不利的情况考虑）由得得又得再得最后得得…………………(3)取式(3)式(1)4为确保保梁端端塑性性铰的的形成成需采采取的的构造造措施施在这方方面，，目前前很多多国家家仍在在不断断的研研究改进，，且其其主攻攻方向向可归归纳为为：a提高焊焊接工工艺，，提高高焊b采用加强式连接；c采用削弱式连接；d有时可能三者并用。这些都是我们值得吸取的有益经验。由此至少可以得到以下启示:4.1根据我我国的的抗震震规范范，在在多遇遇地震震阶段段，为为了满满足连连接的的抗弯弯承载载力设设计值值应是是框架架梁抗抗弯承承载力力设计计值1.2倍的要要求，，前面面已经经谈到到必需需采用用塑性性铰外外移的的梁端端增强强式连连接（（可采采用加加盖板板，加加翼板板或加加腋等等作法法），，或者者采用用在离离梁端端不远远处，，将梁梁的上上下翼翼缘进进行削削弱的的犬骨骨式连连接，，这两两类节节点作作法较较多，，现择择选几几个具具有代代表性性的节节点，，示之之如下下：：梁端加强式作作法之二梁端加强式作法之三梁端加强式作作法之四梁端加强式作作法之五梁端削弱式作作法之一梁端削弱式作作法之二；三三梁端加强式连连接的计算简图翼缘板加宽后后，其板宽的的计算公式式中：4.2抗震设防的抗抗侧力体系中中的框架柱在在框架的任一一节点，柱截截面的塑性抵抵抗矩和梁截截面的塑性抵抵抗矩宜满足足下式要求对采用等截面面梁的标准型型梁柱连接现行《抗震规》的计算公式式中：—强柱系数，超超过6层的钢框,6度Ⅳ类场地和7度时取1；8度时取1.05；9度时取1.15修订中的《高钢规》拟采用的计算算公式对考虑塑性铰铰外移的加强强型梁柱连接接,（系修订中中《高钢规》增加的计算公公式）式中：1.1—考虑材料的应应变硬化效应应。—考虑材料实实际屈服强强度的提高高系数。（或1.2）4.3塑性铰外移移后对腹板板连接的作作法在采用梁端端增强式塑塑性铰外移移的连接中中，就有条条件可将梁梁腹板与柱柱的连接采采用只承受受剪力（当当然也可以以采用同时时承受剪力力和弯矩））的假定；；但在单独采采用犬骨式式的连接中中，梁腹板板与柱的连连接，只宜宜采用同时时承受剪力力和弯矩的的假定（不不然梁端与与柱的连接接不等强，，翼緣的削削弱宽度将将很大才能能满足设计计要求）。塑性铰外移移后梁腹板板上塑性弯弯矩的传力力途径图中盖板长长度及的由来根据国外资资料介绍，，在非线性性阶段侧焊焊缝的性能能要比端焊焊缝的性能能好很多，，故在板尾尾无端焊缝缝。对于Q235钢：当时：（（取））当时：（（取））当时：（（取））当时：（（取））对于Q345钢当时：（（取取））当时：（（取取））当时：（（取取））当时：（（取取））4.3确定犬骨式式连接的有有关参数犬骨式连接接节点的设设计原理，，就是保证证大震下塑塑性铰出现现在梁翼缘缘的削弱部部位。并要要求梁翼缘缘的削弱对对梁的刚度度和强度影影响都很小小，要实现现这一目标标，关键是是如何确定定削弱部位位距柱边的的距离a,削弱部位的的长度b,以及削弱部部位的深度度c这三个尺寸寸（其符号号意义如下下图所示））。对于对应于于梁腹板平平面内有柱柱腹板或设设置有竖向向加劲肋的的柱截面而而言，a越小越好，，但a越小对刚度度和强度的的降低也就就越大。一一般a取0.25倍梁高；对对无柱腹板板者或梁腹腹板与柱的的连接只抗抗剪不抗弯弯时（只限限于翼缘加加强与削弱弱并用的连连接中）a宜取0.5倍梁高。削弱长度b，主要由延性性要求和刚刚度要求确确定，从刚刚度角度出出发，b越短越好。。从延性出出发，b越长，则同同时进入塑塑性的区段段越长。即即延性越好好。再根据据国际上对对塑性铰相相对转角不不应小于0.03弧度的要求求，综合考考虑b宜取0.8倍梁高。最后就是确确定翼缘削削弱部位的的深度C,深度C是保证塑性性铰出现在在翼缘削弱弱部位和强强度控制在在一定范围围之内的关关键。削弱深度可可由翼缘削削弱部位的的截面塑性性抗弯承载载力与梁端端连接焊缝缝抗弯承载载力之间的的几何关系系来确定。。如下图所所示：梁端削弱式式连接的计算简图图犬骨式削弱弱深度C的计算公式式削弱处的塑塑性弯矩柱面处的弯弯矩式中:使作用在梁梁柱连接中中的弹性弯弯矩，，不不小于柱面面处的塑性性弯矩。即:由上式此即即可求得削削弱深度C4.4梁端增强式式和犬骨式式并用的连连接节点作作法自美国北嶺嶺地震和日日本阪神地地震以后，，在国外已已运用得比比较多，近近年来在国国内也开始始运用。但但结合我国国现行《建筑抗震设设计规范》强制性条文文的表达式式及及其其连接焊缝缝的抗弯承承载力应高高于梁截面面抗弯承载载力设计值值的1.2倍要求。为为适应现有有的电算程程序，宜采采用梁端加加强式与犬犬骨式相结结合的作法法，其理由由如下：一是，犬骨式节节点固然是是目前公认认的一种较较好的抗震震作法。它它的最大优优点是：塑塑性区长，，有较好的的转动能力力。比较容容易满足国国际上公认认的转角不不小于0.03弧度的要求求。可以真真正作到延延性设计。。但是，如如采用单纯纯的犬骨式式节点，梁梁端截面不不加强，为为了满足梁梁端的连接接承载力不不应小于梁梁载面承载载力设计值值1.2倍的要求。。则梁端的的应力强度度比最大只只能控制到到0.83。梁截面的的强度不能能得到充分分发挥。如如果采用梁梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法，不不但梁截面面的强度可可以得到充充分发挥，，而且还可可使梁翼缘缘上的削弱弱深度C减小。二是，如单纯采采用梁端局局部增强式式连接，虽虽然很容易易做到梁端端的连接承承载力不小小于梁截面面承载力设设计值的1.2倍。但由于于塑性铰的的外移，地地震时，将将会使框架架柱的计算算弯矩比不不加强时要要大许多。。为了不违违背强柱弱弱梁的基本本原则，不不得不因此此而加大柱柱的截面。。当采用犬骨式与梁梁端局部增增强式相结结合的作法后，，不但不需需加大柱的的截面，而而且还可使使增强式连连接中的盖盖板厚度减减小。梁端端焊缝质量量较容易得得到保证。梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之一一梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之二二梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之三三梁端用盖板板加强时的的注意事项项盖板端部与与柱翼缘连连接的坡口口焊缝。有有两种构造造方案，如如下图所示示。第一种（坡坡面连续的的大坡口））是较好的的构造。第二种（分分别作坡口口，先焊翼翼缘后焊盖盖板）虽然然焊缝金属属比较少，，但盖板焊焊缝与梁翼翼缘焊缝呈呈锐角相交交，形成了了“切口口”效应应，这是不不希望的。。从断裂力力学的角度度考虑，第二种构造造容易出现现向柱翼缘缘扩展的水水平裂缝。盖板端部与与柱翼缘连连接的坡口口焊缝设计人员无无论采用哪哪一种构造造，都必须须考虑节点点区的热量量输入和残残余应力的的不利影响响。为了限限制节点区区过度的热热量输入。。其焊缝最最大总厚度度必须控制制在2倍梁翼缘厚厚度或柱翼翼缘的厚度度之内。关于下翼缘缘盖板:宜取与与之较大者。。根据地震震后考察结结构破坏的的情况来看看，其破坏部位均发生在梁下翼缘与与柱的焊缝缝连接处。这一现现象说明，，混凝土楼楼板参与了了梁的部分分工作，使使钢梁的中中和轴上移移，下翼缘缘力臂加大大，受力比比上翼缘不不利。故加加大下翼缘缘盖板的宽宽度，一是是可可使使下下翼翼缘缘的的受受力力得得到到改改善善。。二二是是也也便便于于工工地地俯俯焊焊。。注:1）所求求得得的的盖盖板板厚厚度度不不宜宜大大于于梁梁翼翼缘缘板板的的厚厚度度;2）盖板板与与梁梁翼翼缘缘的的总总厚厚度度不不得得大大于于柱柱翼翼缘缘（（或或箱箱形截截面面柱柱壁壁板板））的的厚厚度度。。加强与削弱式式相结合的计计算简图加强与削弱并并用时，其翼翼缘的削弱深深度削弱处的塑性性弯矩柱面处的塑性性弯矩式中使作用在梁柱柱连接中弹性性抗弯矩不不小于柱面处处的塑性弯矩。即:根据此式即可可求得C下面谈谈如何何求加强板的的截尺寸。在在此只谈梁腹腹板与柱的连连接只考虑抗抗剪、不考虑虑抗弯的情况况，因在“作法之一”中，即梁腹板板与箱形柱之之间采用焊接接连接，由于柱壁壁板并并不能能可靠靠的传传递梁梁腹板板上的的弯矩矩，所所以它它与“作法法之二二”中中梁腹板板只考考虑传传递剪剪力的的螺栓栓单剪剪连接接的作作法没没有多多大差差别。。据此此，为为满足足焊缝缝的抗抗弯承承载力力不小小于钢钢梁抗抗弯承承载力力1.2倍的要要求。。所差差部分分可由由梁端端的加加强板板来承承担。。为此此，当梁翼翼缘与与柱的的全熔熔透对对接焊焊为一一、二二级焊焊缝时时，其其增强强板的的截面面积应应不小小于翼翼缘板板的0.2倍和1.2倍腹板板抗弯弯承载载力转转换成成增强强板承承载力力的截截面积积之和和。加强与与削弱弱并用用时，，其增增强板板的截截面积积（腹板板连接接只抗抗剪时时）对于常常用的的工字字形截截面梁梁，其其腹板板的塑塑性抵抵抗矩矩与全全截面面塑性性抵抗抗矩之之比的的范围围，通通常为为0.20至0.30之间，，经换换算其其加强强板的的截面面积与与梁翼翼缘板板截面面积之之间的的关系系为：：当梁腹腹板的的塑性性抗弯弯承载载力为为全截截面塑塑性抗抗弯承承载力力的倍倍时时，即即相当当于翼翼缘截截面积积的承载载力，，再将将其乘乘以1.2和加上上翼缘缘的后后，，即为为：。。当梁腹腹板的的塑性性抗弯弯承载载力为为全截截面塑塑性抗抗弯承承载力力的倍倍时时，即即相当当于翼翼缘截截面积积的承载载力，，再将将其乘乘以1.2和加上上翼缘缘的后后，，即为为。加强板板的由来来梁端加加强式式、削削弱式式、加加强与与削弱弱式三三者者对柱柱弯矩矩增大大的比比较梁腹板板与柱柱间采采用高高强度度螺栓栓连接接时的的计算算：1)在多遇遇地震震阶段段，其剪剪力公公式近近似取取并按下下式验验算连连接螺螺栓的的抗剪剪承载载力：：式中:—分别为为连接接螺栓栓的行行、列列数；；—为一个个高强强度螺螺栓摩摩擦型型连接接的抗抗剪承承载力力设计计值2)在大震震阶段段，考虑到到在小小震阶阶段原原设计计的高高强度度螺栓栓摩擦擦型连连接，，可能能在基基本烈烈度地地震或或大震震作用用下蜕蜕变为为承压压型连连接故故还应应按下下式进进行复复核：式中：：为为板件件的极极限抗抗压强强度，，，为为钢钢材的的抗拉拉强度度最小小值））为一个个高强强度螺螺栓的的极限限抗剪剪承载载力其值为为值得到到进一一歩研研究的的问题题1）现在在国外外也仍仍处在在研究究阶段段…….2）前面面所提提到的的一些些节点点作法法，其其使使用范范围都都有它它的局局限性性，就就拿狗狗骨式式的作作法来来说，，需特特别注注意要要加强强平面面外的的支撑撑或隅隅撑的的布置置。因因此，，如将将其用用在住住宅钢钢结构构中，，就成成了大大问题题。总结：：节点点设计计的一一般规规律1）在非抗抗震框框架结结构、、带有有悬臂臂段框框架梁梁的工工地拼拼接中中，其其拼接接宜按按梁中中的实实际内内力按按平面面假定定进行行设计计。且且拼接接的抗抗弯承承载力力不应应低于于梁截截面抗抗弯承承载力力的50%。2）在非抗抗震框框架结结构的的梁柱柱刚性性连接接节点点中，，其连连接宜宜按梁梁截面面的等等强度度来设设计，，除非非在某某些构构造截截面中中梁的的内力力与梁梁截面面的内内力相相差很很大时时，才才按上上述第第1）条的原原则进进行连连接设设计。如下图图所示示：3）在抗抗震结结构的的梁柱柱刚性性连接接中，，不应采采用小小于等等强度度的连连接。。就是是等强强度的的连接接，也也只能能用在在低烈烈度此此区的的抗震震结构构中。。在高高烈度度此区区，一一定要要采用用加强强式连连接或或犬骨骨式连连接。。如下下图所所示：：4）在抗抗震框框架结结构、、带有有悬臂臂段框框架梁梁的工工地拼拼接中中，对对于全栓拼拼接的节点点可置置于塑性区区段之之内。。但对于于全焊或或栓焊焊拼接接的连接接节点点应置置于塑性区区段之之外，但为为了便便于运运输，，其悬悬臂段段又不不能太太长，，故宜宜将拼拼接点点放在在十分分之一一跨长长和两两倍梁梁高塑塑性区区段之之外的的附近近，且且此时时，其其拼接接的承承载力力宜按按梁截面面的等等强度度来设计计，如如下图图所示示。带有悬悬臂段段框架架梁的的工地地拼接接（在抗抗震结结构中中，梁梁端应应局部部加宽宽）5关于支支撑与与框架架的连连接及及支撑撑的拼拼接现行《抗震规规》给出的的拼(连)接计算算公式式为:我认为为该公公式右右边的的式子子从概概念上上來讲讲，是是错误误的。。因为为中心心支撑撑的延延性，，是靠靠支撑撑毛截截面整整根长长度在在大震震时发发生屈屈服来来完成成。而而不是是靠螺螺栓孔孔截面面处仅仅仅孔孔径长长的极极小一一段屈屈服来来实现现的。。因此此正确确的计计算公公式应应该是是：式中:——节点连连接(或拼接接)的安全全系数数，可可根据据采用用不同同的拼拼(连)接方式式而异异，但但最小小不应应小于于1.2。—支撑构构件的的毛截截面面面积—钢材的的屈服服强度度，正正如前前面曾曾谈到到的，，由于于是是波波动的的，不不应取取最小小值，，而应应根据据《高钢规规》和《抗震规规》中，“钢钢材的的抗拉拉强度度与屈屈服强强度实实测值值的比比值不不应小小于1.2”，即即：，，由此此得将其代代入式式后后则则得即：当当用螺螺栓拼拼（连连）接接时的的拼（（连））接板板当用焊焊接拼拼（连连）接接时的的拼（（连））接板板如采用用《抗震规规》给出的的的拼拼(连)接计算算公式式:来计算算、并并按规规范的的规定定，将将式中中的取取钢材屈屈服点的的最小值值，必然然存在着着弱连接接的问题题。试看看，设设支撑斜斜拉杆用用Q235钢则，，即上式左左：由式左=式右：：即结果表明明，其支支撑连接接板或拼拼接板的的截面积积，只要要有75%的支撑净净截面面面积就可可满足抗抗大抗震震的要求求。比一一般人们们常用的的等强连连接少了了25%的截面积积。这太太不可思思议了。。再对比比前面的的计算结结果就太太不安全全了。再对比在在多遇地地震阶段段，按表表达式设设计计支撑拉拉杆的连连接时，，其支撑撑连接板板的承载载力调整整系数，，支撑杆杆的。。在在设计连连接板时时所取的的内力设设计值，，就应是是支撑杆杆内力设设计值的的倍倍。当当其应力力比为1.0时，则支支撑连接接板所需需的截面面积就应应是杆件件截面积积的1.06倍。（应应当取应应力比为为1.0时的情况况来计算算，因只只有应力力比超过过1.0后，其钢钢拉杆才才会屈服服产生非非线性的的拉伸变变形而产产生延性性）。(注:如果要使使式与与式异异曲曲同工，，结果相相同。则则应将式式中中的应应取)此外，还还应注意意到《高钢规》图8.7.2所介的全全栓拼接接作法（（如下页页的图示示），我我认为它它只能用用于非抗抗震的中中心支撑撑和抗震震的偏心心支撑，，而不能能用于抗抗震的中中心支撑撑。由于于中心支支撑的良良好延性性，是靠靠支撑在在大震时时发生屈屈服来实实现的。。因此支撑杆的的本身必须要满满足下式式的要求求：根据《高钢规》和《抗震规》中，钢材材的抗拉拉强度与与屈服强强度实测测值的比比值不应应小于1.2的规定，，如取代入式后后，则为：：由由此可可得根据统计计，在全全栓拼接接中，被被连接支支撑扣除除螺栓孔孔后的净净截面面面积与其其毛截面面面积之之比均在在0.73~0.825之间。即这说明在在抗震的的全栓拼拼接中心心支撑中中，如如，其受拉拉支撑在在地震作作用下，，在支撑撑尚未屈屈服之前前，就将将首先在在支撑螺螺栓孔的的净截面面上发生生断裂破破坏。6相关的构构造要求求为了实现现“小震震不坏，，大震不不倒““的设计计目标。。除了前前面讲述述的内容容之外，，还应注注意：如何合理理的选用用钢材的牌牌号、如何根根据不同同工程的的设计内内容选用用适合其其结构计算算内容要要求的软软件、以及在在大震下下，当梁梁端出现现塑性铰铰后，如如何充分分利用钢钢材的延延性來耗耗散地震震能量而而必須要要满足下下面与之有关关的一些些构造要要求：6.1对结构钢钢材的材材质要求求:多、高层层钢结构构的选材材，应根根据构的的重要性性与工作作条件、、抗震与与非抗震震的荷载载特征、、连接构构造与钢钢材厚度度等因素素综合考考虑。合合理的选选用钢材的牌牌号。关于建筑筑结构钢钢和桥梁梁用结构构钢的牌牌号，统一由由代表屈屈服点的的汉语拼拼音字母母Q、厚度t≤16mm时钢材屈屈服点的的下限值值和和质量量等级符符号（A、B、C、D、E）等三个部部分按顺顺序组成成。其中中碳素结结构钢（（Q235）在质量等等级符号号后面还还要加上上脱氧方方法符号号共四个个部分组组成。为了将桥桥梁用钢钢与建筑筑用钢相相区别，，在屈服服点值后后面另加加汉语拼拼音符号号q。质量等级级符号A、B、C、D、E系分别表表示不要求冲冲击试验验、冲击试验验温度为为、、、、、。。如如系系表示屈屈服强度度为，，且且不要求求做冲击击试验的的钢材。。系表示屈屈服强度度为，，且要要求具有有冲冲击韧韧性的桥桥梁钢。。现将在建建筑钢结结构中，，规范推推荐使用用的钢材材牌号分分述如下下：1)《碳素结构构钢》(GB／T700-88)中的钢钢，共共分A、B、C、D四个质量量等级。。A、B级钢按脱脱氧方法法可分为为沸腾钢钢(符号F)、半镇静钢钢(符号b)或镇静钢钢(符号Z)；C级钢为镇镇静钢；；D级钢为特特殊镇静静钢(符号TZ)；脱氧方法法符号中中的Z和TZ在牌号中中可省略略不注。。（据了解，，现在基基本上已已不生产产半镇静静钢。沸沸腾钢也也很少生生产，如如要订货货，价格格反而比比镇静钢钢还贵，，故均不不宜采用用。这样样一来前前面所说说的结构构钢的牌牌号在一一般情况况下，只只需注写写前三个个组成部部分。））在钢中，除除A级以外的的其它等等级，，其化学学成分和和力学性性能生产产厂有试试验数据据均能保保证，故故不需要要再提出出附加保保证条件件。级级钢能保保证力学学性能，，可附加加保证冷冷弯，但但不附加加保证冲冲击值；；在化学学成分中中不保证证碳、锰锰的含量量(不作为交交货条件件)，故不宜宜用于焊焊接承重重结构。。2)《低合金高高强度结结构钢》(GB／T1591—94)中的Q345、Q390和Q420钢。其中中使用最最多亦比比较成熟熟的是Q345钢。Q390钢、Q420钢是新列列入的高高强度钢钢，低合合金结构构钢不能能生产沸沸腾钢(怕合金元元素在钢钢水沸腾腾时逸出出)，故全部部为镇静钢。。3)《高层建筑筑结构用用钢板》(YB4104—2000),这是最近近为高层层钢结构构或其他他重要建建(构)筑物用钢钢板制订订的行业业标准，，其钢板板的牌号号是在屈屈服点数数值后面面加上代代表高层层建筑的的汉语拼拼音字母母(GJ)，接着是质质量等级级符号(C、D、E)，如Q345GJC；如对厚度方方向的性性能也有有所要求求的钢板板，则在在质量等等级符号号之前还还要加上上厚度方方向的性性能级别别，例如如。。4)当工作条条件需要要时应采采用的耐耐候钢当处于外外露环境境，且对对大气腐腐蚀有特特殊要求求的或在在腐蚀性性气态和和固态介介质作用用下的承承重结构构，宜采采用耐候候钢。我我国现有有国标有有：《高耐候性性结构钢钢》(GB／T4171——1984)和《焊接结构构用耐候候钢》(GB／T4172——1984)，耐候钢的的强度级级别与常常用的建建筑结构构钢基本本一致，，技术指指标也相相近，但但其抗腐腐蚀能力力却高出出2-4倍。结构钢材材的合理理选用（（选用的的建议如如下表所所示）6.2对钢结构构设计计计算软件件的性能能要求要充分了了解计算算软件编编制的技技术条件件举一实际际工程，，由于其其计算内内容与计计算软件件的技术术条件不不相符，，而影响响到危工工程及人人身的安安全