T钢结构的节点连接设计讲义

多高层房屋钢结构的节点连接设计主要内容1讲述多、高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点设计及其相关的国家标准图01SG519的构造详图(上午)。2介绍国家标准图03SG519-1与04SG519-2节点连接设计的技术条件、图集的内容及其使用方法(下午)。第一部分

多、高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点设计

节点连接在结构设计中的重要性：常用的一般建筑钢结构，都是由若干竖杆、水平杆或加上斜杆组成抗侧力的框架、或框架支撑结构。这些杆件的组合，之所以能成为一个承力构件，能承担一定的竖向荷载和水平荷载，靠的就是各杆件之间的节点将这些杆件用各种不同的连接方式和连接件将它们连接成为一个非机动构架。这种杆件系统的构件，在外荷载作用下，一旦节点发生破坏，整个结构就会成为机动构架而失去承载能力。

在以往国外多次地震中，常常发生钢框架节点和竖向支撑节点破坏的事例，特别是1994年发生在美国的北岭地震和1995年发生在日本的阪神地震，有好几十幢房屋钢结构倒塌，好几百幢多、高层房屋钢结构的梁柱刚性连接节点受到严重破坏，引起了世人的极大关注，促使一些国家的学者、科技人员加强了这方面的研究，其重要性显得尤为突出。

我国是世界上遭受地震最严重的国家之一，不论是历史上还是现代，地震在中国的死亡人数和经济损失在世界上都是居于首位。世界地震史上死亡人数最多的一次地震是1156年我国的陕西华县8级地震，死83万人（摘自魏琏编著的《建筑结构抗震设计》万国学术出版社，1991）。在世界近代地震史中，死亡人数最多的一次.地震也发生在我国，即1976年河北唐山7.8级地震，死24万余人。

地震在我国造成的经济损失十分巨大，据建国以来十几次7级以上地震的不完全统计房屋倒塌1亿多平方米，直接经济损失达数百亿之多。就以最近几年为例，在我国新疆、西藏、云南、内蒙古自治区、江西等地先后就发生了多起6级左右的地震。这就说明了地震活动在我国还是相当频繁的，因此正确地认识我国地震活动的特点以及我国经济力量的现狀，充分运用国内、国外现代地震科学技术的成就，采用合理的，既安全又经济的抗震设计方法，来改善建筑物的抗震性能，减轻城乡地震灾害，是我们每个结构设计人员义不容辞的使命。

因此在多层和高层钢结构房屋抗震设计工作中，连接节点设计，在整个设计工作中应将其视为一个非常重要的组成部分。节点设计是否恰当，将直接影响到结构承载力的可靠性和安全性。因此节点设计至关重要，应予以足够的重视。但是，在多、高层房屋钢结构中，连接节点很多(如国家标准图所编制的诸多节点也只是高层钢结构房屋中一般性的常用节点)，今天只能检其最主要的、如与梁柱刚性连接的节点以及与之相关的一些节点来谈谈：首先谈谈目前多高层房屋钢结构

梁柱刚性连接节点设计中所存在的问题

及其正确的设计方法

按照现行的《建筑抗震设计规范》GB500112001多层和高层房屋钢结构的连接节点的抗震设计应分两个阶段进行，而各个阶段所采用的计算公式分别如下：一是，当遭遇多遇地震作用（小震）时，应采用表达式。即抗震规范公式(5.4.2）。

注意：该条在规范中为必须严格执行的强制性条文。式中：S—

考虑多遇地震作用时，荷载效应和地震作用效应在结构构件中的组合设计值，包括组合的弯矩、轴向和剪力设计值。R

—

结构构件及其连接的承载力设计值。

—结构构件及其连接的承载力抗震调整系数（对于框架梁、柱取0.75；连接焊缝取

0.9；连接螺栓、节点板件取

0.85；支撑取

0.8

等）二是，当遭遇超超过多遇遇地震（（小震））作用至至基本烈烈度（中中震）设设防，或或遭遇罕罕遇地震震作用（（大震））、按（（大震烈烈度）设设防时，，规范还还要求用用公式即即抗震震规范公公式(8.2.8-1）进行连接接的极限限承载力力验算；；但是，在在执行上上述规范范时，不不同的设设计人员员，很可可能在相相同设计计条件下下设计出出三种承承载力相相差非常常悬殊的的连接作作法，这这三种不不同的作作法是:一是，当按计计算时时，完全按组组合内力力来设计连连接节点点。二是，组合内内力只是是作为设设计构件件截面的的依据。。但在塑性区的节点连连接设计计时，是取高于于构件的的最大承承载力设设计值作为节点点的作用用力来对对节点连连接进行行设计与与验算。。三是，完全抛抛开以上上两种设设计方法法，而是是完全按照照公式来进行连接的极极限承载载力计算。以上三种种截然不不同的设设计方法法，将直直接影响响到设计计的节点点是否满满足“强节点点弱杆杆杆”的抗震要要求。是是否能实实现“小震不不坏,大震不倒倒”设计目标标的根本本问题，，所以下下面将着着重讨论论证明前前面所提提到的第一种是是错误的的，第三种设设计理念念虽然可可取，但但式中的的有关系系数和强强度取值值有问题题，很不不安全。唯第二种设设计计算算方法才才是比较较稳妥、正确的，但也存存在着不不够完善善的问题题。1第一种设设计方法法（即按组组合内力力来设计计的方法法）采用该法法的理论论根据是是，认为为在多遇遇地震作作用下，，结构处处于弹性性阶段，，连接设设计只要要根据组合内力力，并根据据梁的应力强度度比R1（即梁的地地震组合合弯矩设设计值乘乘以梁的的承载力力抗震调调整系数数0.75后，在梁梁截面中中产生的的弯曲应应力与梁梁的钢材材强度设设计值之之比）来进行行设计即即可。且且认为可可按以下下三种不同情况况分别进进行处理理。为了了方便说说明问题题，在此此引用一一个具体体数字来来说明这这一方法法的思路路。以下是电电算结果果的表示示方法，，摘自《高层建筑筑结构空空间有限限元分析析与设计计软件ＳＡＴＷＷＥ假定梁端端有一个个的的地震组组合弯矩矩,并将表达达式变变换换为。。在在验算梁梁截面时时，要求求梁截面面抗弯承承载力设设计值必必须，但在确确定梁端端的焊缝缝连接时时，其焊焊缝截面面的抗弯弯承载力力设计值值就必须须要。即在相相同组合合弯矩作作用下,经过规范范采用不不同的调调整系数数调整后后，就变变成了在在设计焊焊缝连接接与设计计梁截面面时，分分别采用用不同的的内力设设计值来来进行设设计。即即在设计计连接焊焊缝时所所取的内内力设计计值，就就应是梁梁截面内内力设计计值的倍倍。1）如果所设设计的梁梁截面刚刚好等于于（即应力强度度比R1刚好等于于时时）），由于于梁端连连接焊缝缝的抗弯弯承载力力设计值值需要此此时时梁端整整个截面面即使采采用全熔熔透的对对接焊缝缝，也只只能承受受的的弯弯矩。怎怎么办？？可采用加加强式连连接来解解决（如加盖盖板；或或局部加加宽梁端端翼缘板板，或在在梁端下下翼缘加加腋板等等办法来来增大焊焊缝的截截面积以以增大焊焊缝的抗抗弯能力力）。2)如果在梁梁端不采采用加强强的作法法，而是在工工厂采用用全焊缝缝连接的的常规作作法。由于焊焊缝的抗抗弯承载载力最多多只能作作到与梁梁截面的的抗弯承承载等强强，此时时就必须须要改用用一个能能承受的的梁截截面，但但此时由由于梁截截面只需需用的的弯弯矩值来来设计，，梁的承承载力有有富裕不不能充分分利用，，其应力强度比比（即梁的地地震组合弯弯矩设计值值乘以梁的的承载力抗抗震调整系系数后，在在梁截面中中产生的弯弯曲应力与与梁的钢材材抗拉强度度设计值之之比）只用到了。。3）如果在梁端端仍不采用用加强的作作法，而是是在梁端采采用栓焊连连接的另一一种常规作作法（即梁腹板板与柱之间间采用只传传递剪力的的螺栓连接接，梁翼缘缘与柱之间间采用只传传递弯矩的的全熔透坡坡口对接焊焊）由于焊缝的的抗弯承载载力最多只只能作到梁梁截面抗弯弯承载力设设计值的，，此时就就必须要改改用一个能能承受的的梁梁截面，但但此时由于于梁截面只只需用的的弯矩值来来设计，梁梁的承载力力更加富裕裕而不能充充分利用,其应力强度度比只用到了了。总结：连接设计的的第一种方方法，从上上面的具体体算例可以以看出，如如果在抗震震的节点连连接设计中中，按地震组合内内力来进行设计计，就必然然出现下面面归纳的三三种情况：：1）当梁的应力力强度比大大于0.83时，就应开开始在梁端端采取加强强措施来增增大焊缝的的抗弯承载载力当梁的的应力强度度比大到等等于1.0时，其加强强后的焊缝缝抗弯承载载力设计值值就应不小小于梁截面面抗弯承载载力设计值值的1.2倍。(该1.2即为焊缝的的抗震调整整系数，，与梁梁的抗震调调整系数之之比比）。如下图所示示：即当应力强强度比为为0.83～１时2）当梁的应力力强度比小小于0.83时，在梁端端就可以不不必加强，，而只需采采用全焊接接连接（即即截面的抗抗弯等强连连接）就可可满足使焊焊缝的抗弯弯承载力设设计值大于于组合内力力设计值的的1.2倍的要求。。如下图所所示：即当应力强强度比为为0.83～0.73时3）当梁的应力力强度比小小于时，在梁端端还可以采采用栓焊连连接的作法法（即梁腹腹板与柱之之间采用只只传递剪力力的螺栓连连接，梁翼翼缘与柱之之间采用只只传递弯矩矩的全熔透透坡口对接接焊）同样样也能使栓栓焊连接的的承载力大大于组合内内力设计值值1.2倍的要求。。如下图图所示：即当应力强强度比<0.830.85=0.70时按照以上的的思维方法法来设计抗抗震连接节节点是不是是就可以了了呢？如果果单从多遇遇地震作用用效应来进进行以上的的设计，好好像是可行行的，但从从抗震设计计的原理和和当地震烈烈度高于多多遇地震时时来看，却却又是不可可行的。因因为，我们们的设计目目标不仅仅仅是只满足足小震不坏坏的强度要要求，而更更重要的是是要实现大大震不倒的的设计目标标。如按组合内内力来设计计连接节点点，只能说说,其连接只能能抗小震而而不能抗大大震。这是是因为：当地震烈度度高于多遇遇地震进入入设防烈度度的过程中中，凡是应应力比较低低（即截面面较大）的的抗侧力构构件，由于于仍处于弹弹性阶段，，其构件内力力仍将继续续随地震作作用的加大大而加大（因为多遇遇地震的烈烈度要比基基本烈度低低1.55度。其地面面加速度和和地震影响响系数最大大值只只是是设防烈度度地面加速速度和地震震影响系数数最大值的的0.35倍）,梁的弯曲应应力比必然然也将随之之增大到1.0。同样，也需需要把前面面的第二、、第三两种种节点连接接形式（或下页的第第二、第三三图）的梁端截面面局部加大大，使连接接焊缝的抗抗弯承载力力设计值达达到不小于于框架梁抗抗弯承载力力设计值的的1.2倍，才能确确保框架梁梁在大震时时进入塑性性，使延性性得到充分分发挥。否则，只加加大截面而而不加强连连接，则连连接焊缝的的弯曲应力力必然高于于梁端截面面的弯曲应应力。当地地震作用不不断加大时时，就很容容易发生当当梁端截面面还未进入入塑性之前前,处于梁端薄薄弱的连接接焊缝，就就会因弯曲曲应力过高高而发生““脆性性破坏””。现再再利用下图图来加以说说明。.2第二种设计计方法（即即杆件承载载力设计法法）从前面的论论述和结合合上图足以以说明：在在多遇地震震阶段，按按表达式对对构件和和节点连接接进行设计计验算时，，结构构件的的地震内力力组合设计计值只能作作为控制构构件截面的的依据。当当结构构件件截面决定定之后，只只要是在塑塑性区段，，就应改用用以构件的的承载力来来进行连接接设计。如对于框架架结构中的的梁柱刚性性连接节点点，就应使使梁端焊缝缝的抗弯承承载力设计计值不得小小于框架梁梁抗弯承载载力设计值值的1.2倍。无疑第二种种设计方法法（即杆件承承载力设计计法）才是是正确的。。从理论上讲讲，在梁柱柱的连接节节点中，要要是连接焊焊缝真正做做到了与被被连接构件件的等强连接而又无瑕疵疵和缺陷的的话，是不不需要采取取任何加强强措施的。。但事实上上由于在梁梁端的焊缝缝连接处存存在诸多不不利因素，，如焊接工艺艺孔对梁腹腹板截面的的削弱；对对接焊缝不不可避免的的存在某些些缺陷（如焊接产产生的气孔孔、夹渣、、熔敷金属属未完全熔熔合、弧坑坑、咬边、、焊后收缩缩产生的微微裂缝）；；热影响区产产生的残余余应力的不不利因素；以及还应应考虑到当梁截面在在形成塑性性铰时，由由于有的钢钢材屈服强强度偏高而而加大连接接受力的不不利因素等等等……。所以在规范范的强制性性条文中分分别将焊缝缝的取0.9将梁的取取0.75,焊缝连接的的承载力高高于构件承承载力设计计值的1.2倍还是比较较合理的。。此处的1.2，可视为连连接的加强强系数。有有了这个加加强系数，，就可以较较好的保证证当框架梁梁的端部出出现塑性铰铰时，梁端端的连接基基本还处于于弹性状态态。就可以以在当地震震烈度高于于多遇地震震烈度时，，框架梁在在尚未出现现塑性铰之之前，节点点连接就可可避免过早早的发生脆脆性破坏。。使结构的整整体性得到到保证。按照这一原原则设计的的连接，就就可以有把把握地实现现以下两个个设计目标标：一是，可以保证证结构在多多遇地震作作用下，各各结构构件件都具有足足够的强度度并使连接接的应力低低于框架梁梁的应力，，以实现小小震不坏的的设计目标标。二是，可以保证证当地震烈烈度高于多多遇地震烈烈度时，迫迫使处于高高应力下的的框架梁率率先进入塑塑性、发展展成为塑性性铰，使钢钢结构的良良好延性得得到充分的的发挥来耗耗散地震能能量，实现现大震不倒倒的设计目目标。这一设计理理念是与目目前美国自自1994年北岭此震震以后在设设计思想方方面所发生生的变化和和采用的设设计方法是是一致的。对照现行规规范中梁端端未采取任任何加强措措施的栓焊焊连接节点点作法和全全焊连接的的作法，都都是不满足足连接的承承载力应大大于构件承承载力设计计值1.2倍要求的。。而只有在梁端端采用局部部加大截面面，或在离离梁端不远远处将梁的的上下翼缘缘进行削弱弱，以增大大焊缝的抗抗弯能力（（或降低焊焊缝的弯曲曲应力）才才可以得到到解决。但局部加加大梁端截截面（或削削弱）后，，就必然使使塑性铰外外移，出现现所谓的加加强式连接接和削弱式式的狗骨式式连接。尽管这些作作法给加工工带来不少少麻烦、增增加造价。。但自1994年美国北岭岭地震和1995年日本阪神神地震以后后，在一些些国家中都都乐于采用用这种加工工都比较麻麻烦的加强强式连接和和骨式连接接，也正是是由于原来来的焊接连连接节点抗抗弯能力很很差，即或或是在梁端端采用全焊焊接连接，，名义上等等强，但实实际上也并并不一定等等强，在地地震中照样样也遭受到到破坏、并并不十分可可靠而不得得不采取的的连接加强强措施。但第二种设设计方法在在规范中尚尚存在着不不分地震烈烈度、结构构类型，房房屋高度等等的不同情情况，通通通一律将取取为为同一数值值欠妥的现现象如钢梁梁的为为0.75，连接焊缝缝的为为0.9，则连接焊焊缝的承载载力，通通通都应是钢钢梁承载力力的1.2倍，这对于于设防烈度度只有6、7度的房屋来来说显然是是不合理的的。同时规规范还存在在着没有提提供当梁端端采用加强强式连接后后相应的连连接计算方方法和公式式。关于这一问问题，在此此次《高钢规》的修订中，，正在研究究解决。第三种设计计方法（极极限承载力力设计法））即用公式进进行行连接计算算的方法采用用该该法法的的理理论论根根据据，，就就是是充充分分利利用用焊焊缝缝的的极极限限抗抗拉拉强强度度远远高高于于钢钢材材的的屈屈服服强强度度的的这这一一特特性性。。当当框框架架梁梁在在强强震震作作用用下下，，梁梁端端钢钢材材屈屈服服出出现现塑塑性性铰铰后后，，只只要要梁梁端端连连接接焊焊缝缝的极极限限抗抗弯弯承承载载力力能能够够抵抵抗抗1.2倍梁梁截截面面的的塑塑性性弯弯矩矩，，即即可可认认为为满满足足强强震震要要求求。。从概概念念上上来来讲讲，，这这种种思思维维方方法法好好像像有有些些道道理理，，但但这这里里面面要要涉涉及及两两个个问问题题。。一一是是，，其其计计算算假假定定是是否否与与实实际际应应力力图图形形相相符符，，二二是是计计算算公公式式中中所所隐隐含含的的应应取取何何值值的的问问题题。。为了了检检验验用用公公式式是是否否能能抗抗大大震震的的问问题题，，特特取取《高钢钢规规》中、、最最具具有有代代表表性性的的梁梁柱柱栓栓焊焊连连接接节节点点来来加加以以讨讨论论。。由于于这这种种节节点点的的计计算算假假定定是是：：梁腹腹板板连连接接只只考考虑虑传传递递剪剪力力，，不不考考虑虑传传递递弯弯矩矩。。梁梁的的全全截截面面塑塑性性弯弯矩矩全全部部通通过过翼翼缘缘的的连连接接来来传传递递给给柱柱。。这种种作作法法，，不不但但不不能能用用于于抗抗震震结结构构，，就就是是用用于于非非抗抗震震结结构构也也是是很很不不合合适适的的。。因因为为其一一，就就凭凭直直觉觉，，在在这这种种节节点点中中，，梁梁端端翼翼缘缘未未作作任任何何加加强强，，梁梁腹腹板板与与柱柱的的连连接接螺螺栓栓只只考考虑虑传传递递剪剪力力、、不不考考虑虑传传递递弯弯矩矩。。则则其其梁梁端端栓栓焊焊连连接接处处翼翼缘缘焊焊缝缝的的抗抗弯弯能能力力则则只只有有梁梁截截面面弹弹性性抗抗弯弯能能力力的的85%左右右（（即即梁梁翼翼缘缘截截面面的的弹弹性性抵抵抗抗矩矩与与全全截截面面弹弹性性抵抵抗抗矩矩之之比比））。。如如果果再再将将因因高高空空施施焊焊条条件件较较差差、、焊焊缝缝存存在在缺缺陷陷以以及及焊焊接接残残余余应应力力等等不不利利因因素素考考虑虑在在内内，，按按钢钢结结构构设设计计规规范范规规定定，，焊焊缝缝强强度度的的设设计计值值尚尚应应乘乘以以0.9的折减系数，，则焊缝的抗抗弯承载力只只有框架横梁梁抗弯承载能能力的75%左右。很显然，像这这种比等强连连接还低，连连非抗震结构构就很难被人人接受的连接接节点，却用用在本比非抗抗震结构要求求更高的抗震震结构上，这这就违背了在在抗震设计中中必须遵循的的强柱弱梁、、强节点弱杆杆件等基本原原则。其二，从理论上讲，，其节点连接接的计算公式式与与节点点的具体作法法,在梁腹板中所所产生的应力力图形严重不不符。如下图图所示：其三即使使采用这一与与实际弯曲应应力图形严重重不符的公式式，就以这种种不合理的计计算模型来进进行计算，其其梁端翼缘与与柱的对接焊焊缝的极限抗抗弯承载力也也大大低于梁梁截面1.2倍的塑性弯矩矩。这也就有有力的证明了了这种连接节节点的作法是是毫无抗震能能力的。以下下面的验算为为证：如以Q345钢，E50焊条为例梁翼缘坡口焊焊缝的极限抗抗弯承载力：：(即式中的屈服服强度按规程规定取取最小值)。由上式如考虑高空焊焊接的不利影影响后则：事实上,式中的是波动的（如如下表所示））不应采用最小小值，而应根根据《高钢规》和《抗震规》中钢材的抗拉强度与屈屈服强度实测值的比值值不应小于1.2的规定，以最最不利考虑，，用来来计算梁翼翼缘坡口焊缝缝的极限抗弯弯承载力如考虑高空焊焊接的不利影影响后则：但在《高钢规》中对于这样的的弱节点不但但没有作出应应加强连接方方面的有关规规定和作法。。相反却作了了“在柱贯通型连连接中，当梁梁翼缘用全熔熔透焊缝与柱柱连接并采用用引弧板时，，式将将自自行满足”的规定。事实实上经过前面面的论证，这个结论是不不成立的，起到了误导的的作用。这种种节点一旦在在工程中使用用(事实上这种节节点已在实际际工程中用了了不少)，这就埋下了了在大震时，，当框架梁尚尚未进入塑性性之前，其连连接焊缝就会会过早发生脆脆性破坏的隐隐患。也正是这种弱弱节点在1994年的美国北岭岭地震和1995年的日本阪神神地震中破坏坏最为严重，，且破坏时毫毫无塑性发展展的迹象。其其根本原因就就是因为连接接焊缝的抗力力严重不足、、焊缝所受的的弯曲应力过过高而造成的的脆性破坏。。(下图为1994年，美国北岭岭地震中梁柱柱焊接连接处处的失败模式式。)由此引伸到““钢梁与箱形柱”在工厂的的全焊接节点点，由于箱形形柱的壁板不不能有效的传传递梁腹板的的塑性弯矩，，其实质与上上述节点作法法的受力情况况基本上是差差不多的。因因此“钢梁与与箱形柱”在在工厂的全全焊接节点，，应采用梁端端加强式的作作法，才有利利于抗大震。。如下图所示示：当采用如右图图所示的加强强式连接后，，其塑性铰必必然外移，梁梁腹板上的塑塑性弯矩，可可通过图中所所示的力线传传递给梁的翼翼缘加强板。。从而就可实实现梁端腹板板与柱的连接接只考虑传递递剪力、不考考虑传递弯矩矩的假定。梁端上、下翼翼缘用盖板加加强后试验的的破坏模式梁端上翼缘加加盖板下翼缘缘加腋后试验验的破坏模式式总结前面的讲讲述，在此特特为以下常用用的三类节点点作法，在抗抗震性能方面面作一个评价价：对比国外在这这方面的设计计动向自美国北岭地地震以后，在在A.R.Tamboll,P.E.Fasce,HandbookofStructuralSteelConstructionDesignandDetails设计手册中规规定:不管是采用加加强式连接还还是犬骨式连连接，在塑性性铰处的弯矩矩值均一律取取。。但在柱柱面连接处，，其梁端弯矩矩在连接中的的受力要保持持弹性。其柱柱面在梁翼緣緣方向的弯矩矩，即。。在在梁端所产生生的弯曲应力力应满足公式式。。以以防止焊缝缝破坏和避免免柱翼缘板层层状撕裂。上上式中将我国(仅指第一阶段段)与美国设计手册的计算公式进行行比较：我国，根据连接的承承载力设计值值应是框架梁梁抗弯承载力力设计值1.2倍的关系:所需焊缝的弹弹性抵抗矩焊缝截面大于于梁截面,塑性铰必然外外移，其表达达式必然为:…………..(1)所需焊缝连接接的弹性抵抗抗矩：美国：或……….(2)所需焊缝连接接的弹性抵抗抗矩：比较（均均取第一项））美国/我国（第一阶阶段）前面曾经谈到到，第三种设设计计算方法法，理念虽然然可取，但式式中中的系系数1.2和中中所隐隐含的取值不当，很很不安全的问问题，现讨论论如下：如使连接极限限承载力的表表达式改为并并使使之与小震阶阶段、梁端连连接的承载力力设计值应不不小于梁的抗抗弯承载力设设计值1.2倍（表达式即即）的计算结果相相当，试求式式中的应应取取何值？解:根据《高钢规》和《抗震规》中“钢材的抗抗拉强度与屈屈服强度实测测值的比值不不应小于1.2”的规定，在此此取（即按最不利利的情况考虑虑）由得得又得再得最后得……………(3)取式(3)式(1)4为确保梁端塑塑性铰的形成成需采取的构构造措施在这方面，目目前很多国家家仍在不断的的研究改进，且其主主攻方向可归归纳为：a提高焊接工艺艺，提高焊缝缝质量；b采用加强式连连接；c采用削弱式连连接；d有时可能三者者并用。这些都是我们们值得吸取的的有益经验。。由此至少可以得到到以下启示:4.1根据我国的抗抗震规范，在在多遇地震阶阶段，为了满满足连接的抗抗弯承载力设设计值应是框框架梁抗弯承承载力设计值值1.2倍的要求，前前面已经谈到到必需采用塑塑性铰外移的的梁端增强式式连接（可采采用加盖板，，加翼板或加加腋等作法）），或者采用用在离梁端不不远处，将梁梁的上下翼缘缘进行削弱的的犬骨式连接接，这两类节节点作法较多多，现择选几几个具有代表表性的节点，，示之如下：：梁端加强式作作法之二梁端加强式作法之三梁端加强式作作法之四梁端加强式作作法之五梁端削弱式作作法之一梁端削弱式作作法之二；三三梁端加强式连连接的计算简图翼缘板加宽后后，其板宽的的计算公式式中：4.2抗震设防的抗抗侧力体系中中的框架柱在在框架的任一一节点，柱截截面的塑性抵抵抗矩和梁截截面的塑性抵抵抗矩宜满足足下式要求对采用等截面面梁的标准型型梁柱连接现行《抗震规》的计算公式式中：—强柱系数，超超过6层的钢框,6度Ⅳ类场地和7度时取1；8度时取1.05；9度时取1.15修订中的《高钢规》拟采用的计算算公式对考虑塑性铰铰外移的加强强型梁柱连接接,（系修订中中《高钢规》增加的计算公公式）式中：1.1—考虑材料的应应变硬化效应应。—考虑材料实际际屈服强度的的提高系数。。（或1.2）4.3塑性铰外移后后对腹板连接接的作法在采用梁端增增强式塑性铰铰外移的连接接中，就有条条件可将梁腹腹板与柱的连连接采用只承承受剪力（当当然也可以采采用同时承受受剪力和弯矩矩）的假定；；但在单独采用用犬骨式的连连接中，梁腹腹板与柱的连连接，只宜采采用同时承受受剪力和弯矩矩的假定（不不然梁端与柱柱的连接不等等强，翼緣的的削弱宽度将将很大才能满满足设计要求求）。塑性铰外移移后梁腹板板上塑性弯弯矩的传力力途径图中盖板长长度及的由来根据国外资资料介绍，，在非线性性阶段侧焊焊缝的性能能要比端焊焊缝的性能能好很多，，故在板尾尾无端焊缝缝。对于Q235钢：当时：（（取））当时：（（取））当时：（（取））当时：（（取））对于Q345钢当时：（（取取））当时：（（取取））当时：（（取取））当时：（（取取））4.3确定犬骨式式连接的有有关参数犬骨式连接接节点的设设计原理，，就是保证证大震下塑塑性铰出现现在梁翼缘缘的削弱部部位。并要要求梁翼缘缘的削弱对对梁的刚度度和强度影影响都很小小，要实现现这一目标标，关键是是如何确定定削弱部位位距柱边的的距离a,削弱部位的的长度b,以及削弱部部位的深度度c这三个尺寸寸（其符号号意义如下下图所示））。对于对应于于梁腹板平平面内有柱柱腹板或设设置有竖向向加劲肋的的柱截面而而言，a越小越好，，但a越小对刚度度和强度的的降低也就就越大。一一般a取0.25倍梁高；对对无柱腹板板者或梁腹腹板与柱的的连接只抗抗剪不抗弯弯时（只限限于翼缘加加强与削弱弱并用的连连接中）a宜取0.5倍梁高。削弱长度b，主要由延性性要求和刚刚度要求确确定，从刚刚度角度出出发，b越短越好。。从延性出出发，b越长，则同同时进入塑塑性的区段段越长。即即延性越好好。再根据据国际上对对塑性铰相相对转角不不应小于0.03弧度的要求求，综合考考虑b宜取0.8倍梁高。最后就是确确定翼缘削削弱部位的的深度C,深度C是保证塑性性铰出现在在翼缘削弱弱部位和强强度控制在在一定范围围之内的关关键。削弱深度可可由翼缘削削弱部位的的截面塑性性抗弯承载载力与梁端端连接焊缝缝抗弯承载载力之间的的几何关系系来确定。。如下图所所示：梁端削弱式式连接的计算简图图犬骨式削弱弱深度C的计算公式式削弱处的塑塑性弯矩柱面处的弯弯矩式中:使作用在梁梁柱连接中中的弹性弯弯矩，，不不小于柱面面处的塑性性弯矩。即:由上式此即即可求得削削弱深度C4.4梁端增强式式和犬骨式式并用的连连接节点作作法自美国北嶺嶺地震和日日本阪神地地震以后，，在国外已已运用得比比较多，近近年来在国国内也开始始运用。但但结合我国国现行《建筑抗震设设计规范》强制性条文文的表达式式及及其其连接焊缝缝的抗弯承承载力应高高于梁截面面抗弯承载载力设计值值的1.2倍要求。为为适应现有有的电算程程序，宜采采用梁端加加强式与犬犬骨式相结结合的作法法，其理由由如下：一是，犬骨式节节点固然是是目前公认认的一种较较好的抗震震作法。它它的最大优优点是：塑塑性区长，，有较好的的转动能力力。比较容容易满足国国际上公认认的转角不不小于0.03弧度的要求求。可以真真正作到延延性设计。。但是，如如采用单纯纯的犬骨式式节点，梁梁端截面不不加强，为为了满足梁梁端的连接接承载力不不应小于梁梁载面承载载力设计值值1.2倍的要求。。则梁端的的应力强度度比最大只只能控制到到0.83。梁截面的的强度不能能得到充分分发挥。如如果采用梁梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法，不不但梁截面面的强度可可以得到充充分发挥，，而且还可可使梁翼缘缘上的削弱弱深度C减小。二是，如单纯采采用梁端局局部增强式式连接，虽虽然很容易易做到梁端端的连接承承载力不小小于梁截面面承载力设设计值的1.2倍。但由于于塑性铰的的外移，地地震时，将将会使框架架柱的计算算弯矩比不不加强时要要大许多。。为了不违违背强柱弱弱梁的基本本原则，不不得不因此此而加大柱柱的截面。。当采用犬骨式与梁梁端局部增增强式相结结合的作法后，，不但不需需加大柱的的截面，而而且还可使使增强式连连接中的盖盖板厚度减减小。梁端端焊缝质量量较容易得得到保证。梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之一一梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之二二梁端加强式式与犬骨式式相结合的的作法之三三梁端用盖板板加强时的的注意事项项盖板端部与与柱翼缘连连接的坡口口焊缝。有有两种构造造方案，如如下图所示示。第一种（坡坡面连续的的大坡口））是较好的的构造。第二种（分分别作坡口口，先焊翼翼缘后焊盖盖板）虽然然焊缝金属属比较少，，但盖板焊焊缝与梁翼翼缘焊缝呈呈锐角相交交，形成了了“切口口”效应应，这是不不希望的。。从断裂力力学的角度度考虑，第二种构造造容易出现现向柱翼缘缘扩展的水水平裂缝。盖板端部与与柱翼缘连连接的坡口口焊缝设计人员无无论采用哪哪一种构造造，都必须须考虑节点点区的热量量输入和残残余应力的的不利影响响。为了限限制节点区区过度的热热量输入。。其焊缝最最大总厚度度必须控制制在2倍梁翼缘厚厚度或柱翼翼缘的厚度度之内。关于下翼缘缘盖板:宜取与与之较大者。。根据地震震后考察结结构破坏的的情况来看看，其破坏部位均发生在梁下翼缘与与柱的焊缝缝连接处。这一现现象说明，，混凝土楼楼板参与了了梁的部分分工作，使使钢梁的中中和轴上移移，下翼缘缘力臂加大大，受力比比上翼缘不不利。故加加大下翼缘缘盖板的宽宽度，一是可使下下翼缘的受受力得到改改善。二是是也便于工工地俯焊。。注:1）所求得的盖盖板厚度不不宜大于梁梁翼缘板的的厚度;2）盖板与梁翼翼缘的总厚厚度不得大大于柱翼缘缘（或箱形截面柱壁壁板）的厚厚度。加强与削弱弱式相结合合的计算简简图加强与削弱弱并用时，，其翼缘的的削弱深度度削弱处的塑塑性弯矩柱面处的塑塑性弯矩式中使作用在梁梁柱连接中中弹性抗弯弯矩不不小于柱柱面处的塑塑性弯矩。即:根据此式即即可求得C下面谈谈如如何求加强强板的截尺尺寸。在此此只谈梁腹腹板与柱的的连接只考考虑抗剪、、不考虑抗抗弯的情况况，因在“作法之一”中，即梁腹腹板与箱形形柱之间采采用焊接连连接，由于柱壁板并并不能可靠靠的传递梁梁腹板上的的弯矩，所所以它与“作法之二二”中梁腹板只考考虑传递剪剪力的螺栓栓单剪连接接的作法没没有多大差差别。据此此，为满足足焊缝的抗抗弯承载力力不小于钢钢梁抗弯承承载力1.2倍的要求。。所差部分分可由梁端端的加强板板来承担。。为此，当梁翼缘与与柱的全熔熔透对接焊焊为一、二二级焊缝时时，其增强强板的截面面积应不小小于翼缘板板的0.2倍和1.2倍腹板抗弯弯承载力转转换成增强强板承载力力的截面积积之和。加强与削弱弱并用时，，其增强板板的截面积积（腹板连接接只抗剪时时）对于常用的的工字形截截面梁，其其腹板的塑塑性抵抗矩矩与全截面面塑性抵抗抗矩之比的的范围，通通常为0.20至0.30之间，经换换算其加强强板的截面面积与梁翼翼缘板截面面积之间的的关系为：：当梁腹板的的塑性抗弯弯承载力为为全截面塑塑性抗弯承承载力的倍倍时，即即相当于翼翼缘截面积积的承载力，，再将其乘乘以1.2和加上翼缘缘的后后，即为为：。。当梁腹板的的塑性抗弯弯承载力为为全截面塑塑性抗弯承承载力的倍倍时，即即相当于翼翼缘截面积积的承载力，，再将其乘乘以1.2和加上翼缘缘的后后，即为为。加强板的由来梁端端加加强强式式、、削削弱弱式式、、加加强强与与削削弱弱式式三三者者对对柱柱弯弯矩矩增增大大的的比比较较梁腹腹板板与与柱柱间间采采用用高高强强度度螺螺栓栓连连接接时时的的计计算算：：1)在多多遇遇地地震震阶阶段段，其其剪剪力力公公式式近近似似取取并按按下下式式验验算算连连接接螺螺栓栓的的抗抗剪剪承承载载力力：：式中中:—分别别为为连连接接螺螺栓栓的的行行、、列列数数；；—为一一个个高高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接的的抗抗剪剪承承载载力力设设计计值值2)在大大震震阶阶段段，考虑虑到到在在小小震震阶阶段段原原设设计计的的高高强强度度螺螺栓栓摩摩擦擦型型连连接接，，可可能能在在基基本本烈烈度度地地震震或或大大震震作作用用下下蜕蜕变变为为承承压压型型连连接接故故还还应应按按下下式式进进行行复复核核：式中：为为板件件的极限限抗压强强度，，为为钢钢材的抗抗拉强度度最小值值）为一个高高强度螺螺栓的极极限抗剪剪承载力力其值为值得到进进一歩研研究的问问题1）现在国国外也仍仍处在研研究阶段段…….2）前面所所提到的的一些节节点作法法，其其使用范范围都有有它的局局限性，，就拿狗狗骨式的的作法来来说，需需特别注注意要加加强平面面外的支支撑或隅隅撑的布布置。因因此，如如将其用用在住宅宅钢结构构中，就就成了大大问题。。总结：节节点设计计的一般般规律1）在非抗震震框架结结构、带带有悬臂臂段框架架梁的工工地拼接接中，其其拼接宜宜按梁中中的实际际内力按按平面假假定进行行设计。。且拼接接的抗弯弯承载力力不应低低于梁截截面抗弯弯承载力力的50%。2）在非抗震震框架结结构的梁梁柱刚性性连接节节点中，，其连接接宜按梁梁截面的的等强度度来设计计，除非非在某些些构造截截面中梁梁的内力力与梁截截面的内内力相差差很大时时，才按按上述第第1）条的原则则进行连连接设计计。如下图所所示：3）在抗震震结构的的梁柱刚刚性连接接中，不应采用用小于等等强度的的连接。。就是等等强度的的连接，，也只能能用在低低烈度此此区的抗抗震结构构中。在在高烈度度此区，，一定要要采用加加强式连连接或犬犬骨式连连接。如如下图所所示：4）在抗震震框架结结构、带带有悬臂臂段框架架梁的工工地拼接接中，对对于全栓拼接接的节点可可置于塑性区段段之内。。但对于全焊或栓栓焊拼接接的连接节节点应置置于塑性区段段之外，但为了了便于运运输，其其悬臂段段又不能能太长，，故宜将将拼接点点放在十十分之一一跨长和和两倍梁梁高塑性性区段之之外的附附近，且且此时，，其拼接接的承载载力宜按按梁截面的的等强度度来设计，，如下图图所示。。带有悬臂臂段框架架梁的工工地拼接接（在抗震震结构中中，梁端端应局部部加宽））5关于支撑撑与框架架的连接接及支撑撑的拼接接现行《抗震规》给出的拼拼(连)接计算公公式为:我认为该该公式右右边的式式子从概概念上來來讲，是是错误的的。因为为中心支支撑的延延性，是是靠支撑撑毛截面面整根长长度在大大震时发发生屈服服来完成成。而不不是靠螺螺栓孔截截面处仅仅仅孔径径长的极极小一段段屈服来来实现的的。因此此正确的的计算公公式应该该是：式中:——节点连接接(或拼接)的安全系系数，可可根据采采用不同同的拼(连)接方式而而异，但但最小不不应小于于1.2。—支撑构件件的毛截截面面积积—钢材的屈屈服强度度，正如如前面曾曾谈到的的，由于于是是波动动的，不不应取最最小值，，而应根根据《高钢规》和《抗震规规》中，“钢钢材的的抗拉拉强度度与屈屈服强强度实实测值值的比比值不不应小小于1.2”，即即：，，由此此得将其代代入式式后后则则得即：当当用螺螺栓拼拼（连连）接接时的的拼（（连））接板板当用焊焊接拼拼（连连）接接时的的拼（（连））接板板如采用用《抗震规规》给出的的的拼拼(连)接计算算公式式:来计算算、并并按规规范的的规定定，将将式中中的取取钢材材屈服服点的的最小小值，，必然然存在在着弱弱连接接的问问题。。试看看，设设支支撑斜斜拉杆杆用Q235钢则，，即上式式左：：由式左左=式右：：即结果表表明，，其支支撑连连接板板或拼拼接板板的截截面积积，只只要有有75%的支撑撑净截截面面面积就就可满满足抗抗大抗抗震的的要求求。比比一般般人们们常用用的等等强连连接少少了25%的截面面积。。这太太不可可思议议了。。再对对比前前面的的计计算结结果就就太不不安全全了。再对比比在多多遇地地震阶阶段，，按表表达式式设设计支支撑拉拉杆的的连接接时，，其支支撑连连接板板的承承载力力调整整系数数，，支撑撑杆的的。。在在设计计连接接板时时所取取的内内力设设计值值，就就应是是支撑撑杆内内力设设计值值的倍倍。当当其应应力比比为1.0时，则则支撑撑连接接板所所需的的截面面积就就应是是杆件件截面面积的的1.06倍。（（应当当取应应力比比为1.0时的情情况来来计算算，因因只有有应力力比超超过1.0后，其其钢拉拉杆才才会屈屈服产产生非非线性性的拉拉伸变变形而而产生生延性性）。。(注:如果要要使式式与与式异异曲曲同工工，结结果相相同。。则应应将式式中中的应应取)此外，，还应应注意意到《高钢规规》图8.7.2所介的的全栓栓拼接接作法法（如如下页页的图图示）），我我认为为它只只能用用于非非抗震震的中中心支支撑和和抗震震的偏偏心支支撑，，而不不能用用于抗抗震的的中心心支撑撑。由由于中中心支支撑的的良好好延性性，是是靠支支撑在在大震震时发发生屈屈服来来实现现的。。因此此支撑杆杆的本本身必须要要满足足下式式的要要求：：根据《高钢规规》和《抗震规规》中，钢钢材的的抗拉拉强度度与屈屈服强强度实实测值值的比比值不不应小小于1.2的规定定，如如取代入式式后后，，则为：：由由此可可得根据统统计，，在全全栓拼拼接中中，被被连接接支撑撑扣除除螺栓栓孔后后的净净截面面面积积与其其毛截截面面面积之之比均均在0.73~0.825之间。。即这说明明在抗抗震的的全栓栓拼接接中心心支撑撑中，，如如，其受受拉支支撑在在地震震作用用下，，在支支撑尚尚未屈屈服之之前，，就将将首先先在支支撑螺螺栓孔孔的净净截面面上发发生断断裂破破坏。。6相关的的构造造要求求为了实实现““小震震不坏坏，大大震不不倒““的的设计计目标标。除除了前前面讲讲述的的内容容之外外，还还应注注意：：如何合合理的的选用用钢材的的牌号号、如何何根据据不同同工程程的设设计内内容选选用适适合其其结构计计算内内容要要求的的软件件、以及及在大大震下下，当当梁端端出现现塑性性铰后后，如如何充充分利利用钢钢材的的延性性來耗耗散地地震能能量而而必須須要满满足下下面与之有有关的的一些些构造造要求求：6.1对结构构钢材材的材材质要要求:多、高高层钢钢结构构的选选材，，应根根据构构的重重要性性与工工作条条件、、抗震震与非非抗震震的荷荷载特特征、、连接接构造造与钢钢材厚厚度等等因素素综合合考虑虑。合合理的的选用用钢材的的牌号号。关于建建筑结结构钢钢和桥桥梁用用结构构钢的的牌号号，统一一由代代表屈屈服点点的汉汉语拼拼音字字母Q、厚度t≤≤16mm时钢材材屈服服点的的下限限值和和质量量等级级符号号（A、B、C、D、E）等三个个部分分按顺顺序组组成。。其中中碳素素结构构钢（（Q235）在质量量等级级符号号后面面还要要加上上脱氧氧方法法符号号共四四个部部分组组成。。为了将将桥梁梁用钢钢与建建筑用用钢相相区别别，在在屈服服点值值后面面另加加汉语语拼音音符号号q。质量等等级符符号A、B、C、D、E系分别别表示示不要求求冲击击试验验、冲击试试验温温度为为、、、、、。。如如系系表表示屈屈服强强度为为，，且不不要求求做冲冲击试试验的的钢材材。系表示示屈服服强度度为，，且要要求具具有冲冲击韧韧性的的桥梁梁钢。。现将在在建筑筑钢结结构中中，规规范推推荐使使用的的钢材材牌号号分述述如下下：1)《碳素结结构钢钢》(GB／T700-88)中的钢钢，共共分A、B、C、D四个质质量等等级。。A、B级钢按按脱氧氧方法法可分分为沸沸腾钢钢(符号F)、半镇静静钢(符号b)或镇静静钢(符号Z)；C级钢为为镇静静钢；；D级钢为为特殊殊镇静静钢(符号TZ)；脱氧方方法符符号中中的Z和TZ在牌号号中可可省略略不注注。（据了解解，现现在基基本上上已不不生产产半镇镇静钢钢。沸沸腾钢钢也很很少生生产，，如要要订货货，价价格反反而比比镇静静钢还还贵，，故均均不宜宜采用用。这这样一一来前前面所所说的的结构构钢的的牌号号在一一般情情况下下，只只需注注写前前三个个组成成部分分。））在钢中，，除A级以外外的其其它等等级，，其其化学学成分分和力力学性性能生生产厂厂有试试验数数据均均能保保证，，故不不需要要再提提出附附加保保证条条件。。级级钢能能保证证力学学性能能，可可附加加保证证冷弯弯，但但不附附加保保证冲冲击值值；在在化学学成分分中不不保证证碳、、锰的的含量量(不作为为交货货条件件)，故不不宜用用于焊焊接承承重结结构。。2)《低合合金金高高强强度度结结构构钢钢》(GB／T1591——94)中的的Q345、Q390和Q420钢。。其其中中使使用用最最多多亦亦比比较较成成熟熟的的是是Q345钢。。Q390钢、、Q420钢是是新新列列入入的的高高强强度度钢钢，，低低合合金金结结构构钢钢不不能能生生产产沸沸腾腾钢钢(怕合合金金元元素素在在钢钢水水沸沸腾腾时时逸逸出出)，故故全全部部为为镇静静钢钢。。3)《高层层建建筑筑结结构构用用钢钢板板》(YB4104——2000),这是是最最近近为为高高层层钢钢结结构构或或其其他他重重要要建建(构)筑物物用用钢钢板板制制订订的的行行业业标标准准，，其其钢钢板板的的牌牌号号是是在在屈屈服服点点数数值值后后面面加加上上代代表表高高层层建建筑筑的的汉汉语语拼拼音音字字母母(GJ)，接着着是是质质量量等等级级符符号号(C、D、E)，如如Q345GJC；如对厚厚度度方方向向的的性性能能也也有有所所要要求求的的钢钢板板，，则则在在质质量量等等级级符符号号之之前前还还要要加加上上厚厚度度方方向向的的性性能能级级别别，，例例如如。。4)当工工作作条条件件需需要要时时应应采采用用的的耐耐候候钢钢当处处于于外外露露环环境境，，且且对对大大气气腐腐蚀蚀有有特特殊殊要要求求的的或或在在腐腐蚀蚀性性气气态态和和固固态态介介质质作作用用下下的的承承重重结结构构，，宜宜采采用用耐耐候候钢钢。。我我国国现现有有国国标标有有：：《高耐耐候候性性结结构构钢钢》(GB／T4171——1984)和《焊接接结结构构用用耐耐候候钢钢》(GB／T4172——1984)，耐候候钢钢的的强强度度级级别别与与常常用用的的建建筑筑结结构构钢钢基基本本一一致致，，技技术术指指标标也也相相近近，，但但其其抗抗腐腐蚀蚀能能力力却却高高出出2-4倍。。结构构钢钢材材的的合合理理选选用用（（选选用用的的建建议议如如下下表表所所示示））6.2对钢钢结结构构设设计计计计算算软软件件的的性性能能要要求求要充充分分了了解解计计算算软软件件编编制制的的技技术术条条件件举一一实实际际工工程程，，由由于于其其计计算算内内容容与与计计算