高层建筑钢结构-第六章节点设计

1、v节点传力应简捷、明确、可靠，其计算简图应与实节点传力应简捷、明确、可靠，其计算简图应与实际受力一致；际受力一致；v节点应具有足够的强度、刚度，其承载力应等于或节点应具有足够的强度、刚度，其承载力应等于或高于构件的承载力；高于构件的承载力；v采取合理的细部构造，使节点具有足够的延性和韧采取合理的细部构造，使节点具有足够的延性和韧性；性；v简化节点构造，便于制作和安装，经济合理。简化节点构造，便于制作和安装，经济合理。1) 设计原则设计原则v当非抗震设防时，应按结构处于弹性受力阶段设计；当非抗震设防时，应按结构处于弹性受力阶段设计；v当抗震设防时，应按结构进入弹塑性阶段设计；当抗震设防时，应按结

2、构进入弹塑性阶段设计；2) 设计方法设计方法节点连接的承载力应高于构件截面的承载力节点连接的承载力应高于构件截面的承载力节点处构件塑性区的板件宽厚比应满足抗震规范要求节点处构件塑性区的板件宽厚比应满足抗震规范要求应有平面外隅撑防止梁平面外失稳应有平面外隅撑防止梁平面外失稳3) 节点分类节点分类梁柱连接、柱的拼接、梁的拼接、次梁与主梁的连梁柱连接、柱的拼接、梁的拼接、次梁与主梁的连接、支撑节点连接、柱脚等接、支撑节点连接、柱脚等1) 节点分类与构造特点节点分类与构造特点v梁与柱的刚性连接梁与柱的刚性连接v梁端垂直于工字形柱腹板的刚性连接梁端垂直于工字形柱腹板的刚性连接v梁与柱的半刚性连接梁与柱的

3、半刚性连接v梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接v柱两侧梁高不等时的刚性节点柱两侧梁高不等时的刚性节点2) 梁柱刚性节点的非抗震设计梁柱刚性节点的非抗震设计典型刚性连接的承载力验算典型刚性连接的承载力验算v梁翼缘和腹板分别承担弯矩和剪力原则梁翼缘和腹板分别承担弯矩和剪力原则梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：wtffffthtbM)(梁腹板的角焊缝：梁腹板的角焊缝：wfewfhlV2 M、V梁端弯矩和剪力设计值梁端弯矩和剪力设计值v全截面受弯设计原则全截面受弯设计原则梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：wtfffffthtbM)(梁腹板的角焊缝梁腹板的角焊缝(同时承

4、受弯同时承受弯曲正应力和剪应力曲正应力和剪应力)：wffffewfwewffhlVlhM222)/(2 , 3梁翼缘和腹板根据其刚度比分担弯矩：梁翼缘和腹板根据其刚度比分担弯矩：wfwwwfffIIIMMIIIMM梁腹板与柱翼缘抗剪板采用梁腹板与柱翼缘抗剪板采用高强螺栓连接时，最外侧螺高强螺栓连接时，最外侧螺栓承受的剪力：栓承受的剪力：bviwvNnVyyMN9 . 0222123530yccwfht 节点无水平加劲肋时的柱腹板的验算节点无水平加劲肋时的柱腹板的验算cebfbwbfbcwefbfAtfAftbcbfbcffAt4 . 0在梁的受压翼缘处，柱腹板的厚度在梁的受压翼缘处，柱腹板的厚

5、度tw应同时满足：应同时满足： 局部承压条件：局部承压条件： 局部稳定条件：局部稳定条件：在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度tc按强度计算应满按强度计算应满足：足：cebfbwfbfAt23530yccwfht cbfbcffAt4 . 0式中：式中：Afb为梁受压、受拉翼缘的截面面积；为梁受压、受拉翼缘的截面面积；fc、 fb 为柱、梁钢为柱、梁钢材强度设计值；材强度设计值；be为集中力作用下柱腹板计算高度边缘处为集中力作用下柱腹板计算高度边缘处的压应力假定分布长度，的压应力假定分布长度，betb5hy tb5(tc+ hf)； fyc为为柱钢材屈服点。柱钢材屈

6、服点。节点有水平加劲肋时柱腹板的验算节点有水平加劲肋时柱腹板的验算vwcbbbfthhMM3421节点域腹板剪切强度的验算：节点域腹板剪切强度的验算：vpbbfVMM3421式中：式中：fv为钢材抗剪强度设计值；为钢材抗剪强度设计值；Vp为节点域腹板体积，为节点域腹板体积，当柱为工字形截面时：当柱为工字形截面时：Vphbhctw，箱形截面时：，箱形截面时： Vp1.8hbhctw。为防止节点域局部失稳，节点域板厚应满足：为防止节点域局部失稳，节点域板厚应满足：90bcwhht3)梁柱刚性节点的抗震设计梁柱刚性节点的抗震设计节点承载力验算节点承载力验算式中：式中：Mp为被连接构件（梁或柱）全塑性

7、弯矩；为被连接构件（梁或柱）全塑性弯矩； l为梁的净跨度；为梁的净跨度； Mu、Vu分别为连接的抗弯、抗剪最大承载力。分别为连接的抗弯、抗剪最大承载力。ywwpupufthlMVMM58. 0 )/2(3 . 12 . 11.2实际屈服强度可能高于实际屈服强度可能高于规定值的修正系数；规定值的修正系数；1.3在在1.2基础上，再考虑跨基础上，再考虑跨中荷载影响；中荷载影响；节点一般由节点一般由焊接焊接或或高强度螺栓高强度螺栓连接，在抗震设计中，连接，在抗震设计中，连接的承载力应高于构件的屈服承载力。连接的承载力应高于构件的屈服承载力。Mu、 Mp按钢材抗拉强度和屈服强度下限计算：按钢材抗拉强度

8、和屈服强度下限计算：yppupufWMfWM式中：式中：Wp连接的塑性抵抗矩连接的塑性抵抗矩 Wp被连接构件的塑性抵抗矩被连接构件的塑性抵抗矩 fu连接的抗拉强度下限连接的抗拉强度下限 fy钢材的屈服强度钢材的屈服强度相当于对形心相当于对形心轴的面积矩轴的面积矩矩形截面：矩形截面：工字形截面：工字形截面：箱形截面：箱形截面：24141212bhhhbWpWp的计算方法的计算方法)(4/)2( )2/2/(2)2(4122fffwfffwpthbtthtthbtthtW)(2/)2( )2/2/(2)2(41222fffwfffwpthbtthtthbtthtW当节点处的被连接构件尚有轴力作用时

9、当节点处的被连接构件尚有轴力作用时要用要用Mpc代代替替Mp，计算如下：，计算如下：v绕强轴的工字形截面和箱形截面 当 时， 当 时，v绕弱轴的工字形截面 当 时， 当 时，13. 0/yNNppcMM13. 0/yNNpypcMNNM)/1 (15. 1nwnyAANN/ppcMMnwnyAANN/pywnyywnpcMfANfANM21式中：Mpc为被连接构件的全塑性弯矩；NyAnfy；An为构件净截面面积； Awn为构件腹板净截面面积。当工字形梁翼缘用对接焊缝、腹板用角焊缝连接时：当工字形梁翼缘用对接焊缝、腹板用角焊缝连接时：3/23/241)(2uweuuweuffuflhVflhft

10、hAMMu、Vu的计算方法的计算方法式中：式中：Af梁一个翼缘的截面积；梁一个翼缘的截面积；he角焊缝的有效厚度；角焊缝的有效厚度；lw角焊缝的有效长度；角焊缝的有效长度； fu焊缝抗拉强度下限。焊缝抗拉强度下限。简化计算时，简化计算时，常忽略常忽略当梁翼缘用对接焊缝、腹板用高强螺栓连接时：当梁翼缘用对接焊缝、腹板用高强螺栓连接时： , min)()(bcubvuubveuffunNnNVNlfthAM式中：式中：Nvub、Ncub一个高强螺栓的一个高强螺栓的最大抗剪强度和对应的板件极最大抗剪强度和对应的板件极限承压强度：限承压强度：ubcubcububefbvuftdftdNfAnN5 .

11、158. 0简化计算时，简化计算时，常忽略常忽略fub高强螺栓最小抗拉强度；高强螺栓最小抗拉强度；le螺栓群形心线两侧一对螺栓的距离。螺栓群形心线两侧一对螺栓的距离。 ybpbcycpcfWANfW)/(式中：式中：Wpc、Wpb分别为节点处柱和梁的截面塑性模量；分别为节点处柱和梁的截面塑性模量；N为柱轴向压力设计值；为柱轴向压力设计值；Ac为柱截面面积；为柱截面面积；为为超强系数，超强系数，6层以上钢框架，层以上钢框架，6度度类场地和类场地和7度度时可取时可取1.0，8度时取度时取1.05，9度时取度时取1.15。纯框架节点处的强柱弱梁条件纯框架节点处的强柱弱梁条件节点域承载力验算：节点域承

12、载力验算：vppbpbfVMM)34(/ )(21式中：式中：Mpb1、Mpb2为节点两侧梁的全塑性受弯承载力；为节点两侧梁的全塑性受弯承载力；为折减系数，为折减系数，6度度类场地和类场地和7度时可取度时可取0.6，8、9度时取度时取0.7。亦应满足节点域不失去局部稳定的板厚要求亦应满足节点域不失去局部稳定的板厚要求在梁柱可能出现塑性铰的区段，应该限制板件宽厚比，在梁柱可能出现塑性铰的区段，应该限制板件宽厚比，防止局部屈曲，保证耗能作用的发挥。防止局部屈曲，保证耗能作用的发挥。受压板件宽厚比的三个等级：受压板件宽厚比的三个等级：I：全截面进入塑性，出现塑：全截面进入塑性，出现塑性铰，要求转动能

13、力；性铰，要求转动能力；II：截面进入塑性，但不要求：截面进入塑性，但不要求转动能力；转动能力；III：边缘纤维屈服，传统的弹：边缘纤维屈服，传统的弹性设计。性设计。相当于相当于8、9度抗震设度抗震设防要求防要求相当于相当于7度抗震设防度抗震设防要求要求相当于相当于6度或非抗震度或非抗震设防要求设防要求各种构件的宽厚比要求，详见构件设计一章。各种构件的宽厚比要求，详见构件设计一章。构件塑性区的局部稳定构件塑性区的局部稳定4)梁柱刚性节点的设计例题梁柱刚性节点的设计例题大连远洋大厦大连远洋大厦A座钢结构某节点设计（座钢结构某节点设计（7度）度）H型梁与箱形柱栓焊混合刚性连接型梁与箱形柱栓焊混合刚

14、性连接柱截面：柱截面：700 x700 x50，fy295MPa梁截面：梁截面：H500 x220 x10 x25 ，fy325MPa梁柱梁柱fu490MPa梁翼缘完全焊透的坡口对焊，梁翼缘完全焊透的坡口对焊，E50，二，二级，级， ftw295MPa， fu490MPa；梁腹板用梁腹板用10.9级高强螺栓摩擦型连接，级高强螺栓摩擦型连接，喷砂喷砂=0.4，M22，预紧力，预紧力P=190kN。弹性内力弹性内力M655kNm，V298kNA26/7 .250)25500(2522010655)(mmNthbtMff焊缝强度梁翼缘完全焊透的对接满足要求。 /2952mmNfwtBkNPnNfbv

15、4 .681904 . 019 . 09 . 0设计值：每个高强螺栓的承载力螺栓连接计算梁腹板与柱之间的高强高强螺栓。个实际取个所需螺栓数目：22M5 ,8 . 44 .689 . 02989 . 0bvNVn考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力损失的影响系数考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力损失的影响系数mmfndlVtv5 . 6165)245400(10298)(30腹板连接板厚度：。实际取mm12C算节点抗震极限承载力验mkNfthbtMuffu1280490)25500(25220)(mkNfWMypp10143253118750求。极限弯曲承载力满足要 12172 . 11280mkNMMp

16、ukNfAVuwnu9 .937490330058. 058. 0 1抗剪承载力腹板净截面面积的极限kNfAVuPLnu9 .95449012)245400(58. 058. 0 2的极限抗剪承载力腹板连接板净截面面积kNftndVkNfAnnVbcuububefu2 .9704905 . 112225 8 .913104030358. 0558. 0 43限抗剪承载力腹板连接高强螺栓的极求极限抗剪承载力满足要kNfthkNlMkNVVVVVywwnpuuuuu84832510)252500(58. 058. 0 6 .3173 . 8/101423 . 1)/2(3 . 1 8 .913,m

17、in4321D371043. 2)502700()252500(8 . 18 . 1mmthhVwcbp节点域弹性阶段验算：满足要求 /8 .25885. 0/165) 3/4(/) 3/4(/9 .53)1043. 2/(10)655655(/ )(227621mmNfmmNVMMREvpbb满足节点域局部稳定验算： 7 .1190/ )600450(90/ )(50cbwhht满足：节点域屈服承载力验算 /200165) 3/4() 3/4(/0 .50)1043. 2/(10)10141014(6 . 0/ )(227621mmNfmmNVMMvppbpb1) 柱的截面形式柱的截面形式2

18、) 柱柱接头柱柱接头v部分熔透焊缝部分熔透焊缝（用于非抗震结构）（用于非抗震结构）v箱形截面的工地焊接箱形截面的工地焊接v工地接头的安装耳板工地接头的安装耳板v变截面处构造变截面处构造H钢边柱钢边柱H钢中柱钢中柱箱形边柱箱形边柱箱形中柱箱形中柱非抗震结构也可采用以下的变截面构造非抗震结构也可采用以下的变截面构造v箱形柱与十字形柱的连接箱形柱与十字形柱的连接1) 梁梁的铰接连接梁梁的铰接连接v次梁与主梁的叠接次梁与主梁的叠接v次梁与主梁的平接次梁与主梁的平接2) 梁梁的刚接梁梁的刚接我国规范取：我国规范取：设置侧向支承点的必要性：设置侧向支承点的必要性： 保证梁上塑性铰转动过程中，不出现梁的整体

19、失稳。保证梁上塑性铰转动过程中，不出现梁的整体失稳。侧向支承杆件（次梁或隅撑）的要求：侧向支承杆件（次梁或隅撑）的要求： 要有足够的强度和刚度。要有足够的强度和刚度。受压区受压区受拉区受拉区视为压杆，不受受拉区约束：视为压杆，不受受拉区约束：支承侧向力支承侧向力F(1%3%)Afy/2235/85yyfffAF 3) 梁的侧向隅撑梁的侧向隅撑4) 钢梁洞口的补强钢梁洞口的补强1) 埋入式柱脚受力特点埋入式柱脚受力特点钢柱底端直接埋入基础梁或地下室墙体钢柱底端直接埋入基础梁或地下室墙体传力方式传力方式轴力轴力的的1/3由底板由底板直接传给基础，其直接传给基础，其他由栓钉承担。他由栓钉承担。弯矩弯

20、矩靠与混凝土壁靠与混凝土壁的挤压力平衡。的挤压力平衡。2) 埋入式柱脚构造埋入式柱脚构造3) 外包式柱脚的受力特点外包式柱脚的受力特点柱底端搁置在基础顶面，基础伸出柱底端搁置在基础顶面，基础伸出钢筋混凝土短柱将柱脚包住。钢筋混凝土短柱将柱脚包住。钢柱与基础铰接时，轴压力通过底钢柱与基础铰接时，轴压力通过底板和栓钉传给基础；轴拉力通过底板和栓钉传给基础；轴拉力通过底板外伸边缘和锚栓传给基础。板外伸边缘和锚栓传给基础。钢柱与基础刚接时，弯矩与剪力全部由外包钢筋混凝钢柱与基础刚接时，弯矩与剪力全部由外包钢筋混凝土短柱承担，再传给基础。土短柱承担，再传给基础。栓钉起着至关重要的作用。栓钉起着至关重要的作用。