钢结构建筑节点分析

秦海

秦海

陕西建工韩城杭萧钢构有限公司712000

摘要：在本文中，探究了三方面的内容，分别为结构体系选择、钢筋框架墙梁节点钢筋设计方案以及钢结构节点设计，希望以此为读者提供相应参考。

关键词：钢结构；建筑；节点

钢结构具备多种特征与优势，主要包括自身重量轻、施工时间较短和结构较为特殊等，正是因为如此，在当下的建筑行业中这一结构的应用率较高。对于钢结构设计而言，其最为关键的是节点设计。

一、结构体系选择

对于多层钢结构住宅，侧向荷载效应发挥着不可小视的作用，是其设计关键。同时，这一类型的住宅具有抵抗侧向荷载的功能，以该功能为依据，当下从多层钢结构住宅角度而言，所应用的结构体系往往是钢框架结构体系与框架-支撑结构体系等[1]。

框架体系在多层钢结构住宅中的应用率最高，应用范围最广，需要合理控制其柱距和次梁间距，使其分别维持在6米到9米以及3米到4米的范围之内，这一体系具备鲜明特征，其平面布置的灵活度较高、刚度分布均匀、延展性较大等。不过，其侧向刚度比较小，所以引起非结构构件破坏的可能性更大。在房屋层数比较多的条件下，能够对框架-支撑结构体系进行应用。这一体系有两种类型，分别是中心支撑和偏心支撑[2]。在中心支撑承受压力的时候，反弹变形时对于局部屈曲的抗力与长细比，可以决定其吸收能量的能力，并且支撑屈曲对其耗能能力产生影响，所以，在抗侧刚度过小时，应用中心支撑框架不合理。在梁端或者中部的时候，偏心支撑形成耗能梁端，那么结构在弹性阶段时刚度较大，当其位于非弹性阶段的时候，也具有良好延展性和耗能能力，由此为建筑提供有效保护，在强震地震区其应用率较高。在抗震设防烈度6.7度区的多层钢结构住宅，需要在3层到5层应用钢框架结构体系，首先选择的体系为由H型钢构成的结构体系。将框架-支撑结构体系应用在第6层到7层，所首先选择的体系为由方钢管柱、XY向支撑结构体系与H型钢梁构成的体系。对于抗震设防烈度8度区和9度区的钢结构住宅，将由方钢管柱、XY向支撑结构体系与H型钢梁构成的体系应用在第3层到7层[3]。

二、钢筋框架墙梁节点钢筋设计方案

对于高层建筑钢筋框架剪力墙结构而言，主梁与次梁的钢筋节点占据着重要位置，是其最为重要与复杂度最大的受力点，所以，这两个钢筋节点的设计甚为关键，需要保证其科学性与合理性。若是次梁的钢筋保护层厚度不达标，必定会严重影响钢结构抗震性，使其弱化。因此，在相关人员进行设计的时候，通常将主梁钢筋放在次梁上部钢筋的下面，将次梁的主筋放在板筋的下面。在开展剪力墙结构施工过程中，往往会存在一个问题，在核心筒墙体过梁或暗梁上，在将钢筋框架主梁或次梁直接置于其上的时候，因为墙体过梁或暗梁的高度与钢筋框架横梁截面尺寸一致，将会导致暗梁主筋位置与钢筋框架横梁主筋位置产生严重冲突，进一步致使墙体过梁或暗梁扭曲变形，对把建筑施工质量产生严重影响[4]。因此在设计钢结构时，必须为墙体过梁或暗梁与横梁箍筋的完整提供重要保障。

具备一定可行性的对策为，将两排主力钢筋铺设在墙体过梁下面，其数量不可超过六根，然后将框架横梁下部钢筋放在这两排钢筋的中间位置，在框架横梁支座附近完成框横梁的接头安装工作，将墙体过梁上部钢筋摆放在框架横梁上部钢筋下面，并且需要使框架横梁主筋锚固长度满足相关要求与标准。要使楼板钢筋和框架横梁钢筋保护层厚度达标，首先需要将墙体过梁或暗梁截面降低大约五厘米，从而在墙体过梁上完成钢筋框架梁上铁的直接锚固，在较大程度上提升结构稳定性。然后，在加工框架横梁箍筋的时候，将负误差，取正误差值。不只可以为框架墙体过梁箍筋完整性提供保障，还可以避免钢筋框架横梁与暗梁主筋位置的冲突。取正误差值，可以对核心混凝土墙根部混凝土过高的现象进行有效预防。

三、钢结构节点设计

（一）节点设计方案

以某电厂为对象，其炉后设备密布，比如风机房、空预器与凝结水箱等。空预器与风机房钢支架高度分别为46.3米与17米。当进行电厂设计的时候，尚未充分考虑荷载值，严重影响结构挠度与侧移，导致其过大，并且已完成一次综合加固改造，电厂运行良好。进行电厂烟气脱销改造过程中，需要将相关脱销设备垂直布置于炉后，在对方案设计时，完成了对炉后原有空预器与风机钢支架的评估，并且全面考虑了原有炉后桩基承载力与施工空间，以此为依据，在炉后原钢柱位置，重新构建格构式钢柱脱销体系，进行电厂脱硝改造，不只可以有效防止炉后原钢支架体系的二次加固，还可以达到基础施工的相关标准与要求，保证烟气脱销改造顺利开展。针对格构式钢柱体系而言，在其纵向上，主要由三根钢柱构成，在横向上，主要由5根钢柱构成，格构式钢柱的数量共13根，其总设计高度为55.4米，两台SCR反应器的重量大约是1800吨。要尽可能减小经济损失，在对格构式脱销钢支架进行整体构建的时候，锅炉始终处于运转状态，完成脱销设备安装之后，等到锅炉大修停炉期的时候，再将脱销烟气从锅炉省煤器后引入脱销SCR反应器，在脱销完成之后接入原锅炉空预器。在对格构式钢柱体系进行构造的时候，其中一个核心受力节点是格构式钢柱和实腹垂直支撑连接节点。

四根等截面方钢管柱构成了格构式钢柱，与之相连的双肢钢梁由两根工字梁构成。对于所应用的高强螺栓，实现双肢钢梁和格构式钢柱上预焊梁段相连接，同时将铰接梁段设置于双肢钢梁的中间位置，并且在双肢钢梁上完成连接钢板的设置。然后，通过连接钢板和L型加劲板的应用完成格构式钢柱一侧两根方钢管柱连接，将其组成转换节点。最后对双加劲板进行应用，将实腹式斜撑和格构式钢柱以及双肢梁连接起来，保证荷载传递顺利完成，从而达到连接节点内力传递相关标准与要求。

（二）有限元模型

实腹式垂直斜撑和格构式脱销钢柱连接节点的位置为结构29米，这是两者的典型节点，并且具备突出特征，主要包括荷载较大和构造复杂等。针对所选择的节点，应用有限元分析软件，实现数值模型的构建。在节点中，所应用的钢材是Q345，并且应用钢结构分析软件，从而建模分析整体格构式钢架，选取该节点最不利荷载组合工况之下，内力施加到有限元模型上。

在构建有限元模型的时候，应用ANSY11.0所提供的Shell181单元，由此模拟钢板，在薄到中等厚度的壳结构中，可以更好应用这一单元，同时其应力钢化与大变形功能较为突出，计算精度较高。对于实腹式垂直支撑，由两块节点板实现内力向转换节点的传递，然后通过转换节点，完成荷载向格构式钢柱与双肢钢梁的传递，并且保证该过程顺利。

四、结束语

总而言之，通过本文分析，我们进一步了解了钢结构建筑节点设计，钢结构具有突出特征，主要包括施工时间较短、自身重量较轻与结构较为特殊等，而钢结构节点设计在其设计中占据举足轻重的位置，是其核心与关键。当开展具体施工作业的时候，需要将更多精力投入其中，不断提升整体建筑的施工效率、质量以及精度，强化设计的科学性与合理性，由此促使钢结构建筑行业健康长远发展。

参考文献

[1]胡明.多层框架钢结构建筑节点连接施工技术[J].福建建材，2016（10）：60-61+57.

[2]冯强，李亚男.试论钢结构建筑中节点系统的解析与建构[J].四川水泥，2014（12）：221.

[3]张超，卢小艳，王鹏，杨嘉琪.北京某超高层钢结构建筑异型节点非线性有限元分析[J].钢结构，2017，32（05）：50-54.

[4]谢毅，石丹.钢结构建筑构件连接节点形态生成[J].建筑技艺，2017（01）：106-107.