浅析高层钢结构节点设计

孙振

同圆设计集团股份有限公司 山东济南 250101

摘要：伴随建筑行业的快速化发展，建筑工程取材也发生较大的变化。在当前形势下，高层建筑愈发增多，进而钢铁利用也愈发广泛。由于钢结构具有良好的强度，并能实现抗震能力，因此受到了建筑的喜爱。目前我国建筑工程在应用钢铁技术上，还处于发展时期，作为专业人员对设计观念进行深入性研究，推进钢结构建筑发展。文章针对高层建筑钢结构节点设计进行深入性分析。

关键词：高层建筑；钢结构；节点设计

和以往木质构造进行对比不难发现，当前建筑钢结构在发挥着支撑作用的基础上，还十分坚实。和混凝土结构进行比较，钢结构具有较好的稳定性，同时技术利用极为灵活，可以依据结构要求，完善钢结构框架，因此在建筑中受到了广泛的关注。因此，在目前高层建筑中，钢结构具有良好的利用，其灵活性主要以钢结构节点设计为核心，可以保证建筑结构具有稳固性。但对于钢结构节点设计具有极高的要求，并且设计方法具有多样性，应依据实际情况对方案进行设计。在一定程度上讲，钢结构节点对建筑稳固性具有决定性作用，因而应加强对技术的掌握。

1、节点设计阐述

在建筑结构中，节点作为薄弱性环节，对结构计算模型具有决定性作用。在一定程度上讲，节点设计对建筑结构可靠性具有严重影响，并影响着结构施工质量，因此，对处理节点连接尤为关键。

2、钢结构节点设计理论

2.1节点连接形式

在钢结构设计过程中，主要是以节点设计为核心，一般而言，是有效连接钢架断点处。以往节点连接方式是在高温环境背景下，焊接节点处，这样的方式可以确保延展钢架结构。但在焊接节点处，会缺乏一定的灵活性，但刚性较强。从抗震角度讲，如果缺乏震动缓冲，将造成抗震性不是十分理想，不能顺应当前建筑抗震要求。除此之外，利用焊接方式连接节点，一般是以全熔透技术为主。还有一种连接方式，应以钢架为基准，进行提前打孔，并将螺钉放入其中，确保螺栓连接，这种形式当前利用较为频繁。从连接方式角度讲，具有简单性，但进行螺栓连接，具有很高的打孔成本费用。对于螺栓而言，和螺钉会在螺纹下摩擦结合，在震动背景下，螺栓会发生松动，进而形成安全隐患的出现，因此连接方式具有较差的抗震性。在这样的形势背景下，会出现第三种即栓焊混合连接方式，在确保作用发挥的基础上，还具有较好的灵活性。在工程操作中，应关注连接方式承受的温度影响。

2.2节点连接设计要求

高层建设在实际设计过程中，对钢结构连接方式进行利用，最为主要的问题在于，钢结构自身特征对自由度具有一定影响，基于这样的情况，在进行连接时，应以节点连接方式为主，应关注使用要求。在建筑施工中，为了便于安装，并且提升工程进度，钢结构阶段连接在选择过程中，应选择螺栓连接方式。另外，在工程设计中，如果设计极为复杂，防止螺栓松动，会对结构稳定性造成影响，最终出现安全隐患。基于这样的情况，应以焊接连接节点方式为主。针对工程当中利用的预埋件，也应以焊接节点连接方式为宜。在高层建筑中，基于钢结构的利用，还应满足特殊要求，则为利用螺栓焊接混合连接方式过程中，两种焊接方式下的力应高于总体结构力，确保总体结构趋于稳定。在关键时刻，针对工程当中的小构件，可以利用混凝土进行加固。

3、高层建筑钢结构节点设计利用

3.1梁和柱连接节点设计

对于梁和柱在连接方式上，主要划分为以下几种，一种是铰接连接。这种连接方式，受梁端竖向剪力作用，柱身会受到一定的影响。基于轴线夹角随意，节点在设计过程中，不用对转动影响进行考虑。第二种是刚性连接。对于这种方式而言，由于梁端转递弯矩作用，柱身会受到影响，轴线夹角是不能进行改动的。第三种是半刚性连接。铰接连接以及刚性连接两者之间的连接方式，轴线夹角是可以进行改变的，前提是应在一定范围内。在钢结构框架中，结构都是贯通型的，因而应对高层建筑抗震情况进行考虑，还应对框架以及支撑梁柱进行刚性连接。对于高层建筑钢结构节点设计，应对抗震性进行考虑，其中主要是全熔透焊缝技术，这种技术会有效连接柱和梁翼缘，保证连接处具有稳定性，还应有效设计腹板角位置当中的扇形切角。梁和柱连接节点在实际设计过程中，应保证腹板和柱连接高于两列，同时不能小于1倍，在确保梁和柱连接稳定性的同时，还能确保高层建筑自身的安全。

3.2主梁以及次梁之间的节点设计

对于这两种梁节点设计来讲，是以悬臂梁段以及梁间的节点连接，则翼缘利用全熔透焊接方式进行连接，腹板间或是腹板和翼缘间利用螺栓连接方式。螺栓在进行连接过程中，主要是以摩擦型为主。基于主梁以及次梁间的节点设计，应对剪力影响进行考虑，由于连接会出现连接弯矩，这是基于次梁而言的，但主梁也不能忽视。在高层建筑中，抗震设计是尤为重要的，是需要考虑的内容。因此，应对横梁框架侧向屈曲进行考虑，还应保证横梁设置支撑构件，这样才能对横梁起到支撑性作用，进而保证钢结构具有安全性。

3.3柱和柱之间的节点设计

要想利于运输具有便利性，柱和柱间一般都是以施工现场为核心，要想确保稳定性，框架都是利用工字型为主，或是方形截面柱。假如箱型柱以焊接方式为主，柱和柱间焊接则是V型，同时焊接角度不能低于固定值，并且不能小于13mm。要想保证钢结构自身的稳定性，柱和柱间的节点连接，应将耳板进行安装，但应注意的是，耳板厚度不能高于9mm，同时坡口深度应高于板厚。在工字型柱节点设计过程中，相关部分应利用全熔透焊缝技术，上柱体应以v形为主，腹板则应利用k形为主。

3.4柱脚节点设计

对于柱脚来讲，具有着固定作用，应保证柱脚在柱底端进行固定。在这样的固定方式下，确保柱身承受内里会流窜到基础。基础是利用钢筋混凝土制成的，承受压力会高于接触面力，因而柱脚节点设计会保证高层建筑物具有很大的承受压力，确保稳定性。柱脚节点在进行设计时，铰接柱脚设计，会使得轴心具有很大压力，假如柱轴会承受较小的压力，应有效焊接柱脚下端以及底板。

3.5钢管柱以及钢梁节点连接

对于钢管柱以及钢梁之间的节点连接，一般是以方钢管混凝土柱以及工字钢梁节点连接结构为主，其中主要为方钢管混凝土柱以及工字钢梁，优势特征主要体现在，工字钢梁腹板在方钢管混凝土柱中贯通 。在方钢管后混凝土柱内，会设有钢板。从放置角度讲，在方钢混凝土柱内，内设钢板是以混凝土柱内内设钢板为主，和工字钢梁腹板呈现出平行状态，内设钢板边缘与工字钢梁翼缘呈现出平齐状态。从连接选择角度上讲，节点一般是以焊接方式，或是螺栓固定方式为主。前者是刚性连接，后者则为柔性连接。相对而言，前者拥有着较低的成本，如果完工后存在问题，维修起来具有苦难性。但螺栓连接具有很高的造价成本，但维修十分便利。

结束语：

伴随城市化进程的发展，高层建筑如雨后春笋般建立起来，钢结构具有十分广泛的应用，在一定程度上讲，钢结构促进了建筑行业的全面发展。对于高层建筑来讲，钢结构发挥着不能代替的作用优势。基于这样的情况，也对钢结构本身提出了严格化要求，应确保钢结构质量，并提升钢结构节点设计，从理论角度为主要出发点，这样才能确保高层建筑质量，才能在真正意义上加快建筑行业的发展。

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