浅谈钢结构节点设计

张维维张贻荣胡奇豹

浙江省机电设计研究院有限公司浙江杭州310051

摘要：随着我国的经济的飞速发展，建筑行业也取得了相应的进步。为了解决高层建筑施工中存在的一些问题，钢结构材料可以取代混凝土等其他建筑材料，保证建筑工程的安全和质量。钢结构的节点设计和建筑工程的安全质量有着不可分割的联系，想要建成安全性能良好而质量优质的建筑，就不可避免的要使用钢结构。本文对钢结构节点的设计和应用进行阐述，并提出相应的改善方法，希望能够对读者有所帮助。

关键词：钢结构；节点设计；改进和发展方向

我国城市化进程的迅速发展，要求建筑工程领域在施工效率、安全、质量水平上等方面做出相应的提高。钢结构所具有的自重轻、强度高、抗震性能好、工业化程度较高等特点使其成为建筑工程项目中不可缺少的材料。钢结构可以为建筑工程减小成本、缩短时间、提高效率、保证质量，除此之外还在大跨度结构上具有巨大的优势。现在全钢结构被广泛用来增强建筑的负荷和稳定性，其中最重要的就是钢结构节点的设计，若是出现差错，就会使钢结构的完整性受到破坏，不利于使用。随着多高层建筑对钢结构强度和稳定性要求的逐渐增高，设计人员需要不断完善钢结构节点，使得钢结构符合规定的受力强度，进而提高其质量和稳定性。

1钢结构

1.1钢结构的现状

随着时代的发展，人们会不断地追求效率，建筑行业也不例外，由于钢结构的总体重量相对于混凝土结构可以降低七成，而且施工时钢结构比较规整，因此施工起来也比较容易，总体来说钢结构的施工速度相对更快，近年来得到建筑行业的广泛青睐。

1.2钢结构的优点

在能源消耗较大且污染较多的地球环境下，每个国家都追求节能环保。发展钢结构建筑，能够改变我国从古至今能源相对短缺的状况。在没有钢结构建筑之前，我国的建筑大都采用砖和混凝土作为主要施工材料，在施工过程中由于生产和建造过程粗放会造成资源极大的浪费，而使用钢结构和混凝土共同建造时，可以省去传统建筑中的模板施工过程，一方面由于钢结构施工简单，规整度较高，在施工过程中不会造成很大的资源浪费，节省自然资源；另一方面钢结构施工不会对环境造成过多的影响，对于我国保护环境方面来说起着很大的作用。与此同时，钢结构建筑省去了模板建造工程，施工效率稳步提升，能有效缩短施工工期。

2钢结构节点设计

2.1钢结构节点的设计

钢结构在进行设计时，最为关键的部分是节点设计。一般情况下，细节节点的设计越精细，钢结构的整体质量就会得到更大的提升。在节点设计过程中，除了需要保证结构应力要求外，还必须考虑钢结构是否能更加方便的进行安装。这样才能充分的保证钢结构工程的质量，充分发挥其节能、环保的特点，从而使钢结构成为我们日常建设中不可或缺的一部分。

在钢结构中，钢结构的节点起着传递力的作用，在进行钢结构节点设计时想要满足抗弯要求，那么就必须将腹板加厚，但是这样一来，就会使得建造成本提高。钢结构节点的连接方式不同可能会对建筑的结构产生严重影响，比如有些钢结构虽然抵抗减弱弯曲的能力较强，可是会出现一些偏移，不能够满足钢结构节点设计之初的规定，有可能出现实际建筑超出计算估计等意外情况。钢结构节点的连接方式主要包括：1）焊接连接：其焊缝形式主要包括对接焊缝和角焊缝，对接焊缝用料经济，传力均匀，没有显著的应力集中，而角焊缝的焊件边板不需要预先加工，施工方便，但应力集中比较严重，用料较不经济；2）普通螺栓连接：根据螺栓性能等级不同，粗制螺栓表面粗糙，螺杆与螺孔之间有空隙，承受剪力性能较差，一般用于安装连接中，而精制螺栓的螺杆直径与孔径基本相同，抗剪能力较好，但制造成本较高，一般很少用；3）高强度螺栓连接：这种连接形式具有施工简单、受力性能好、可以拆换、耐疲劳等优点，是发展前景良好的连接方式。

2.2钢结构节点设计的原则

钢结构节点的设计必须保证三强原则，既有利于加强钢结构的负荷能力，也能够保证建筑工程的强度。

（1）强节点弱结构原则

强节点弱结构的原则是在一定范围内尽可能的加强钢结构节点的强度，使建筑在地震时能够最大化的减小危害，但还是需要保证合适的韧性来提高建筑的安全性。

（2）强柱弱梁原则

强柱弱梁原则是为了满足结构的屈服原则，加强架构的韧性来保证建筑的负荷能力和整体的稳定性。

（3）强焊缝原则

强焊缝原则就是要使得焊缝的负荷能力大于板材构件，使得构件屈服面能够避开焊缝，在钢板中可以持续坚强的存在，从而加强了构件的延展性。

3钢结构节点设计的改进和发展方向

3.1钢结构节点设计的改进

（1）将塑性铰的位置外移

柱面的梁上会存在塑性铰，造成材料的厚度方向产生变形，从而要求提高焊缝金属的热影响区域的塑性变形，致使材料的脆性受到影响。改进方法就是将塑性铰的位置外移，一般柱面的梁上所存在的塑性铰的长度和其高度的比大概是一比二，当对节点局部设计增强时，塑性铰的位置应该在梁柱高度的三分之一处。在塑性铰外移的过程中，一定要保证强柱弱梁的初衷，遵循其原则避免弱柱的出现。

（2）梁冀缘焊缝衬板缺口效应的处理

在考虑成本的情况下，因为上翼缘焊缝处衬板的缺口效应影响不是特别严重，所以一般将上翼缘衬板外面利用焊缝实行封闭处理，而对于坡口焊缝的引弧板，一般是去除上下翼缘，引灭弧处切除以后一定要进行打磨，从而真正去除那些看不见的裂缝源。美国就是采取这种方法来避免其缺口效应，在经过研究实验以后发现这种方法并不会产生其他连锁反应，所以被大多数国家所接受采用。

（3）扇形切角构造的改进

影响抗震性能的因素一般有两方面，一是扇形切角孔的两端位置会出现裂缝，二是有没有设置形切角。在外国的技术规定里，对于扇形切角的设计进行了相应的规范，例如规定了扇形切角开与不开两种，允许扇形切角可以采用各种形状；对不同部位允许实行相异的形式。它的优点是减小连接圆弧的直径，可以帮助分散应力。

3.2钢结构设计的发展方向

钢结构的生产具有布局简便、质量良好、周期较短等特点，尤其是生产H型钢的时候，不会生产多余的产品，也不会占用太多的资源，能形成流水线生产模式。生产轻型钢结构的时候，还可以利用以计算机作为辅助的生产，提高产品的产出效率、产品的质量和利用率。其中单面焊的出现完善了流水线的布局，使得流水线的节奏更加便捷。我国实行改革开放以来，人们对钢结构的改进和研发，取得了令人满意的成果，对建筑行业的发展起到了相当重要的作用。随着城市化的不断飞速发展和经济的不断提高，人们对生活质量的要求越来越高，建筑领域摒弃了原先投入较大、耗费过多的陈腐发展方式，逐渐改变了原先效率低下、功能单一的情况，全力配合国家所提倡的“可持续发展”战略，推动了建筑领域的进步。我们需要做到的就是尽可能满足建筑的功能需求和美观要求，不停地去改善方法去寻找最合适的道路。但我们在发展的道路上要不忘初心，必须严格遵循钢结构节点的设计原则，然后才能体现出其优于其他建筑材料的特点。

4结束语

伴随我国的城市化进程不断加快，钢结构的应用越来越广泛，而钢结构的节点设计则是其中的重中之重，它可以保证钢结构具有合适的强度和刚度，保障建筑的安全性和稳定性。设计人员在进行钢结构节点的设计时一定要根据建筑工程的具体情况，选择适当的方法尽可能的降低成本和保证建筑的质量。我国的钢结构节点现在仍然是起步阶段，需要不断地去学习和引进技术和经验，从而为我国的建筑做行业出贡献。

参考文献

[1]刘磊,朱张军.浅谈钢结构节点设计[J].建筑•建材•装饰,2016.

[2]卢俊澄.探析钢结构设计与应用难点[J].中华民居(下旬刊)，2014.

[3]潘岩.浅谈钢结构节点设计[J].决策与信息旬刊,2014(6):97-97.