浅谈开放型装配式小高层建筑梁柱连接

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1、 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

2、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

3、 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

4、 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

5、、 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

6、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

7、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

8、 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

9、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 ，

10、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

11、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

12、 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

13、 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

14、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

15、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

16、 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