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1、目 录第8章 节点设计原理18-1 节点设计的原则18-2 次梁与主梁的连接节点18.2.1 次梁与主梁铰接18.2.2 次梁与主梁刚接38-3 梁与柱的连接节点38.3.1 梁与柱的铰接连接48.3.2 梁与柱的刚性连接58.3.3 梁与柱的半刚性连接98-4 桁架与柱的连接节点108.4.1 桁架与柱的铰接连接108.4.2 桁架与柱的刚性连接128-5 变截面柱的节点构造138-6 柱脚节点158.6.1 柱脚的形式与构造158.6.2 轴心受压柱的柱脚计算178.6.3 框架柱的柱脚计算198-7 支座节点288.7.1 支座节点的形式288.7.2 支座节点的设计308-8 直接焊接
2、管节点308.8.1 直接焊接管节点的构造形式308.8.2 相贯焊缝的计算328.8.3 直接焊接管节点的承载力计算33第8章 节点设计原理8-1 节点设计的原则整个结构是由构件和节点（connection）构成的。单个构件必须通过节点相连接，协同工作才能形成结构整体。即使每个构件都能满足安全使用的要求，如果节点设计处理不恰当，连接节点的破坏，也常会引起整个结构的破坏。可见，要使结构能够满足预定功能的要求，正确的节点设计与构件设计，两者具有同等的重要性。由于连接节点受力状态较为复杂，不易精确地分析其工作状态。所以，在节点设计时应遵循下列基本原则：（1）连接节点应有明确的传力路线和可靠的构造保
3、证。传力应均匀和分散，尽可能减少应力集中现象。在节点设计过程中，一方面要根据节点构造的实际受力状况，选择合理的结构计算简图；另一方面节点构造要与结构的计算简图相一致。避免因节点构造不恰当而改变结构或构件的受力状态，并尽可能地使节点计算简图接近于节点实际工作情况。（2）便于制作、运输和安装。节点构造设计是否恰当，对制作和安装影响很大。节点设计便于施工，则施工效率高，成本降低；反之，则成本高，且工程质量不易保证。所以应尽量简化节点构造。（3）经济合理。要对设计、制作和施工安装等方面综合考虑后，确定最合适的方案。在省工时与省材料之间选择最佳平衡。尽可能减少节点类型，连接节点做到定型化、标准化。各类节
4、点的具体构造不尽相同，也很难同时满足上述各项原则。总起来说，首先节点能够保证具有良好的承载能力，使结构或构件可以安全可靠地工作；其次则是施工方便和经济合理。8-2 次梁与主梁的连接节点次梁与主梁的连接有铰接（hinged connection或simple framing connection）和刚接（fully restrained connection）两种。若次梁按简支梁或连续梁计算，但在连接节点处只传递次梁的竖向支座反力，其连接为铰接。若次梁按连续梁计算，连接节点除传递次梁的竖向支座反力外，还能同时传递次梁的端弯矩，其连接为刚接。次梁与主梁的连接型式按其连接相对位置的不同，可分为叠接和
5、平接两种。8.2.1 次梁与主梁铰接1叠接叠接是把单跨次梁直接放在主梁上，如图8.2.1所示，并用焊缝或螺栓固定其相互间位置。当次梁支座反力较大时，应在主梁支承次梁的位置设置支承加劲肋，以避免主梁腹板承受过大的局部压力。主梁腹板横向加劲肋的间距要结合次梁的支承位置来确定。8.2.2 次梁与主梁的叠接（刚接）8.2.3 主梁的中心垫板图8.2.1 次梁与主梁的叠接（铰接）另一种叠接做法是次梁在主梁上连续通过，如图8.2.2所示。由于次梁本身是连续的，次梁支座弯矩可以直接传递。当次梁需要拼接时，拼接位置应选择在弯矩较小处。当次梁荷载较大或主梁上翼缘较宽时，可在主梁支承次梁处设置焊于主梁中心的垫板，
6、以保证次梁支座反力以集中力的形式传给主梁，避免主梁受扭作用（图8.2.3）。这种连接的优点是构造简单，次梁安装方便。缺点是主次梁结构所占空间大，其使用常受到限制。2平接（a） （b） （c）图8.2.4 次梁与主梁的平接（铰接）平接是将次梁连接在主梁的侧面（图8.2.4），可以直接连在主梁的加劲肋图8.2.4（a）、短角钢图8.2.4（b）和承托图8.2.4（c）上。次梁顶面根据需要可以与主梁顶面相平，或比主梁顶面稍低。平接可以降低结构高度，故在实际工程中应用较为广泛。图8.2.4（a）、（b）中的连接构造，需将次梁的翼缘局部切除。考虑到连接处有一定的约束作用，并非理想铰接，通常将次梁支座反力
7、值加大（2030）%进行连接计算。当次梁的支座反力较大，用螺栓连接不能满足要求时，可采用工地焊缝连接承受支座反力，此时螺栓仅起安装和临时固定位置的作用。图8.2.4（c）适用于次梁支座反力较大的情况。支座反力全部由承托传递，支座反力引起的压力在承托上面按三角形分布，反力合力作用点位于承托顶板外边缘a/3处图8.2.5（c）。次梁端部的腹板应采取适当的固定措施防止支座处截面的扭转。8.2.2 次梁与主梁刚接次梁与主梁刚接时，由于连接节点除传递次梁的竖向支反力外，还要传递次梁的梁端弯矩，当主梁两侧的次梁梁端弯矩相差较大时，会使主梁受扭，对主梁不利。因此，只有当主梁两侧次梁的梁端弯矩差较小时，才采用
8、这种连接方式。次梁与主梁的刚接常采用平接形式。此时，次梁连接在主梁的侧面，并与主梁刚接，两相邻次梁成为支承于主梁侧面的连续梁（图8.2.5）。为此，两跨次梁之间必须保证能够传递其支座弯矩。图8.2.5（a）为采用高强度螺栓连接。图8.2.5（b）为次梁支承在主梁的承托上，采用焊接连接。由于次梁弯矩主要由其翼缘承受，所以在次梁翼缘上应设置连接盖板。次梁支座负弯矩M可以分解为上翼缘拉力和下翼缘压力的力偶（h为次梁高度）。计算时，次梁上、下翼缘与连接板的螺栓连接或焊接连接要满足承受N力的要求。次梁的竖向支座反力R则通过螺栓传给主梁腹板加劲肋图8.2.5（a），或直接通过次梁梁端承压传给主梁的承托图8
9、.2.5（b）。次梁的竖向支座反力R在承托顶板上的作用位置可视为距承托外边缘处，承托顶板上的压力为三角形分布图8.2.5（c）。（a） （b） （c）图8.2.5 次梁与主梁的平接（刚接）8-3 梁与柱的连接节点梁与柱的连接一般可分为三类：其一，铰接连接，这种连接柱身只承受梁端的竖向剪力，梁与柱轴线间的夹角可以自由改变，节点的转动不受约束；其二，刚性连接，这种连接柱身在承受梁端竖向剪力的同时，还将承受梁端传递的弯矩，梁与柱轴线间的夹角在节点转动时保持不变；其三，半刚性连接（partially restrained connection），介于铰接连接和刚性连接之间，这种连接除承受梁端传来的竖向
10、剪力外，还可以承受一定数量的弯矩，梁与柱轴线间的夹角在节点转动时将有所改变，但又受到一定程度的约束。在实际工程中，上述理想的刚性连接是很少存在的。通常，按梁端弯矩与梁柱曲线相对转角之间的关系，确定梁与柱连接节点的类型。当梁与柱的连接节点只能传递理想刚性连接弯矩的20%以下时，即可认为是铰接连接。当梁与柱的连接节点能够承受理想刚性连接弯矩的90%以上时，即可认为是刚性连接。半刚性连接的弯矩转角关系较为复杂，它随连接形式、构造细节的不同而异。进行结构设计时，必须通过试验或其他方法提供较为准确的节点弯矩转角关系。设计部门很难办到，因此目前较少采用半刚性连接节点。8.3.1 梁与柱的铰接连接1梁支承于
11、柱顶的铰接连接（a） （b） （c）图8.3.1 梁支承于柱顶的铰接连接图8.3.1为梁支承在柱顶的铰接构造。梁的支座反力通过柱顶板传给柱身，顶板与柱身采用焊缝连接。每个梁端与柱采用螺栓连接，使其位置固定在柱顶板上。顶板厚度一般取1620mm。在图8.3.1（a）中，梁端加劲肋对准柱的翼缘板，使梁的支座支力通过梁端加劲肋直接传给柱的翼缘。这种连接形式构造简单，施工方便，适用于相邻梁的支座反力相等或差值较小的情况。当两相邻梁支座反力不等且相差较大时（例如左跨梁有活荷载，右跨梁无活荷载），柱将产生较大的偏心弯矩。设计时柱身除按轴心受压构件计算外，还应按压弯构件进行验算。两相邻梁在调整、安装就位后，
12、用连接板和螺栓在靠近梁下翼缘处连接起来。在图8.3.1（b）中，梁端采用突缘支座，突缘板底部刨平（或铣平），与柱顶板直接顶紧，梁的支座反力通过突缘板作用在柱身的轴线附近。这种连接即使两相邻梁支座反力不相等时，对柱所产生的偏心弯矩也很小，柱仍接近轴心受压状态。梁的支座反力主要由柱的腹板来承受，所以柱腹板的厚度不能太薄。在柱顶板之下的柱腹板上应设置一对加劲肋以加强腹板。加劲肋与柱腹板的竖向焊缝连接要按同时传递剪力和弯矩计算，因此加劲肋要有足够的长度，以满足焊缝强度和应力均匀扩散的要求。加劲肋与顶板的水平焊缝连接应按传力需要计算。为了加强柱顶板的抗弯刚度，在柱顶板中心部位加焊一块垫板。为了便于制造和
13、安装，两相邻梁之间预留1020mm间隙。在靠近梁下翼缘处的梁支座突缘板间填以合适的填板，并用螺栓相连。在图8.3.1（c）为梁支承在格构式柱顶的铰接连接构造。为了保证格构式柱两单肢受力均匀，不论是缀条式还是缀板式柱，在柱顶处应设置端缀板，并在两个单肢的腹板内侧中央处设置竖向隔板，使格构式柱在柱头一段变为实腹式。这样，梁支承在格构式柱顶连接构造可与实腹式柱的同样处理。2梁支承于柱侧面的铰接连接（a） （b） 图8.3.2 梁支承于柱侧面的铰接连接梁连接在柱的侧面上，在柱侧面设置承托，以支承梁的支座反力，其铰接构造如图8.3.2所示。当梁的支座反力不大时，可采用如图8.3.2（a）所示的连接构造。
14、梁端可不设支承加劲肋，直接放在柱的承托上，用普通螺栓固定其位置。梁端与柱侧面预留一定间隙，在梁腹板靠近上翼缘处设一短角钢和柱身相连，以防止梁端向平面外方向产生偏移。这种连接形式比较简单，施工方便。当梁的支座反力较大时，可采用如图8.3.2（b）所示的连接构造。梁的支座反力由突缘板传给承托，承托一般用厚钢板制作，有时为了安装方便，也可采用加劲后的角钢。承托的厚度应比梁端突缘板的厚度大1012mm，承托的宽度应比梁端突缘板的宽度大10mm。承托与柱侧面用焊缝相连。承托的顶面应刨平，和梁端突缘板顶紧并以局部承压传力。考虑到梁端支座反力偏心的不利影响，承托与柱的连接焊缝按1.25倍梁端支座反力来计算。为了便于安装，梁端与柱侧面应预留510mm的间隙，安装时加填板并设置构造螺栓，以固定梁的位置。当两相邻梁的支座反力相差较大时，应考虑偏心影响，对柱身应按压弯构件进行验算。8.3.2 梁与柱的刚性连接（a） （b） （c）图8.3.3 梁与柱的刚性连接框架梁与柱的连接节点做成刚性连接，可以增强框架的抗侧移刚度，减小框架横梁的跨中弯矩。在多、高层框架中梁与柱的连接节点一般都是采用刚性连接。梁与柱节点的刚性连接就是要保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子。图8.3.3是梁与柱的刚性连接构造图。图8.3.3（a）所示为多层框架工字形梁和工字形柱全焊接刚性连接。梁翼缘与柱翼缘采用坡口对接焊缝连
