輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工探討

1、輕鋼屋蓋結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與施工探討         （1.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司北京工程設(shè)計(jì)咨詢分院，北京，100037） （2.廊坊京御房地產(chǎn)開發(fā)有限公司北京分公司，北京，100039） 【摘要】鋼結(jié)構(gòu)工程中，梁柱連接節(jié)點(diǎn)起到傳遞彎距和剪力的作用。節(jié)點(diǎn)的施工處理的好與壞直接影響結(jié)構(gòu)在荷載作用下的整體性能以及單個(gè)構(gòu)件的受力及安全。結(jié)合工程實(shí)例介紹了梁柱連接節(jié)點(diǎn)的形式及其設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】輕鋼屋蓋；節(jié)點(diǎn)；施工 0 前 言 輕型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、集貿(mào)市場(chǎng)、商業(yè)建筑中越來(lái)越得到人們的青睞。輕型鋼結(jié)

2、構(gòu)采用的是輕型材料，因此鋼材消耗量低。在目前輕型屋蓋中，以門式鋼架應(yīng)用較多。門式剛架中，采用輕型焊接變截面工形柱和分段變截面工形梁并利用腹板屈曲后強(qiáng)度，是降低其用鋼量的有效措施。目前，PKPM系列軟件已經(jīng)能進(jìn)行輕型鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的分析計(jì)算、截面優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工圖繪制。 1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 鋼結(jié)構(gòu)梁柱是鋼結(jié)構(gòu)建筑中常用的結(jié)構(gòu)體系,其中梁柱節(jié)點(diǎn)連接是保證鋼結(jié)構(gòu)安全的重要部位,節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是否恰當(dāng),不僅影響到結(jié)構(gòu)承載力的可靠性和安全性,還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工制作與工地安裝的質(zhì)量造成影響,并直接影響結(jié)構(gòu)造價(jià),因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 按照梁柱連接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與連接構(gòu)造之間的關(guān)系，將梁柱連接

3、節(jié)點(diǎn)分為剛性連接、柔性連接（鉸支連接）、半剛性連接三種； 在工程實(shí)踐中，如何判別一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬于剛性、半剛性或鉸接連接主要是看其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度 ,剛性連接應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生明顯的連接夾角變形，即連接夾角變形對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的減低應(yīng)不超過(guò) 。 采用鉸接時(shí)構(gòu)造簡(jiǎn)單，但剛度和耗能性能差，結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性和抗震性不佳；采用剛性連接時(shí)受力性能好，但構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大，難以保證施工質(zhì)量；而采用半剛性連接時(shí)，則兼有剛接和鉸接的長(zhǎng)處，它可以降低梁跨中彎矩，提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，承載性能好。另外從施工角度講，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工快捷，質(zhì)量比較容易得到保證。而且從經(jīng)濟(jì)方面考慮，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中采用半剛性連接，和傳統(tǒng)的需要大量焊接的剛性連接相比，制作

4、和安裝簡(jiǎn)易而迅速，從而能夠節(jié)約用鋼量，降低工程的造價(jià)。 門式剛架端板連接節(jié)點(diǎn)主要承受的是彎矩和剪力。在我國(guó)，對(duì)這類端板連接設(shè)計(jì)采用的是傳統(tǒng)的方法：認(rèn)為螺栓受力為三角形分布，利用平衡原理分析螺栓的受力，然后進(jìn)行其它部分的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。 在鋼結(jié)構(gòu)框架的傳統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中，為簡(jiǎn)化分析設(shè)計(jì)過(guò)程，梁柱連接被認(rèn)作理想的鉸接連接或完全的剛性連接，并且認(rèn)為：連接對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)約束達(dá)到理想剛接的 以上，可視為剛接；在外力作用下，柱梁軸線夾角的改變量達(dá)到理想鉸接的80%以上的連接視為鉸接。采用理想鉸接的假定，將意味著梁與柱之間沒(méi)有彎矩的傳遞，就轉(zhuǎn)動(dòng)而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。 在PKPM中翼緣和腹板按抗彎剛度比

5、例分配所需負(fù)擔(dān)的彎矩，而剪力全部由腹板承受。門式剛架梁柱連接節(jié)點(diǎn)通常作為剛接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，一般采用高強(qiáng)度螺栓端板的連接形式。端板連接是輕鋼門式剛架中梁柱連接和拼接節(jié)點(diǎn)的主要方式，是利用構(gòu)件端部焊接端板與另一構(gòu)件的端板或柱翼緣連接的節(jié)點(diǎn)形式。這樣翼緣采用焊接，腹板采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，螺栓數(shù)量多，造成施工時(shí)不便。由于構(gòu)件驗(yàn)算和節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算的計(jì)算方法上有所不同，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是分部分來(lái)驗(yàn)算的。而且對(duì)于驗(yàn)算時(shí)取的截面特性也不一樣，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)取的是精確的毛截面。最關(guān)鍵的地方是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要判斷截面形式，如果該截面翼緣夠強(qiáng)的話，程序就自動(dòng)按常用設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)，此時(shí)翼緣承擔(dān)所有彎矩，和實(shí)際翼緣按慣性矩分配彎矩就

6、會(huì)大不少，自然就會(huì)出現(xiàn)超限問(wèn)題。 2 某輕鋼結(jié)構(gòu)工程節(jié)點(diǎn)的施工 2.1 工程概況 某加工廠廠房，跨度22m，屋面為輕質(zhì)采鋼瓦，鋼結(jié)構(gòu)用鋼采用Q235鋼；梁的端板法蘭式連接、主框架梁柱連接等鋼架構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)連接采用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓，構(gòu)件接觸面采用表面機(jī)械除銹，除銹等級(jí)為Sa2.5，摩擦系數(shù)0.35，不得有油污、不得刷油漆。表面噴涂強(qiáng)力鋅兩道作防腐處理，厚度80微米；框架梁柱上下翼緣板，腹板的拼接采用加引弧板的對(duì)拉焊接，三者的對(duì)接焊應(yīng)錯(cuò)開200mm以上，構(gòu)件主材的拼接，翼緣、腹板與端板、柱腳、牛腿的連接，梁翼緣與柱、與梁的剛性連接，皆采用熔透對(duì)接焊縫，焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)級(jí)別為二級(jí)。 2.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)

7、計(jì)及施工要點(diǎn) 梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),也是難點(diǎn),因此,常常引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視就不足為奇了。設(shè)計(jì)中要在借鑒 以往成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),通過(guò)不斷優(yōu)化、完善梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),使節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與整體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。 本工程因屋面懸掛荷載較大（最大300KN）因此，在在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中應(yīng)在如下方面引起足夠的重視:注意節(jié)點(diǎn)受力, 減少應(yīng)力集中, 避免鋼材三向受拉;節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件, 不使結(jié)構(gòu)因連接較弱而破壞;節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計(jì), 并對(duì)連接的極限承載力進(jìn)行驗(yàn)算;構(gòu)件的拼接應(yīng)按等強(qiáng)度或比等強(qiáng)度更高的原則設(shè)計(jì);盡量簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造, 以便于制作和安裝。 2.2 鋼結(jié)構(gòu)施工安裝 鋼

8、結(jié)構(gòu)的安裝包括柱的吊裝、滿堂腳手架的搭設(shè)、網(wǎng)架拼裝、就位與臨時(shí)固定、最終固定、高強(qiáng)螺栓的終擰、檁條、拉條、偶撐、柱間支撐、天溝、墻面板、屋面板的安裝等工序。 2.2.1鋼柱的吊裝 (1)鋼柱吊裝前 鋼柱吊裝前要對(duì)基礎(chǔ) 進(jìn)行校核，檢測(cè)用經(jīng)緯儀、水平儀、塔尺、鋼卷尺等工具進(jìn)行測(cè)量，地腳螺栓的中心偏移允許偏差為5mm，露出長(zhǎng)度允許偏差為+30.0mm，螺紋長(zhǎng)度允許偏差為0.0+30.0mm。 (2)鋼柱的吊裝 鋼柱吊裝前要先將地腳螺栓間距、垂直度校正，并將調(diào)節(jié)螺母及墊板擰到相應(yīng)標(biāo)高。鋼柱的吊裝用16T吊車，一點(diǎn)綁扎直吊法，采用旋轉(zhuǎn)法起吊。鋼柱離地腳螺栓50mm時(shí)釣鉤緩慢下落，在工人的扶持下緩慢下落，

9、接近螺栓時(shí)停止下落，待柱腳底孔對(duì)準(zhǔn)地腳螺栓后再緩慢下落，鋼柱落實(shí)后隨即加墊板緊固螺母。鋼柱的吊裝由1軸7軸順序順次吊裝。 (3)鋼柱的校正 鋼柱的校正采用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)垂直的方向同時(shí)進(jìn)行，校正夾角不宜大于15度。垂直度的調(diào)整升降調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行。鋼柱垂直度校正完畢后立即將地腳螺栓緊固。鋼柱垂直度應(yīng)符合以下規(guī)定：當(dāng)Hm時(shí)不大于H/1000mm；當(dāng)H10m時(shí)不大于H/1000mm，且不應(yīng)大于25.0mm（H為柱高）。 2.2.2 高強(qiáng)螺栓連接施工 螺栓作為鋼結(jié)構(gòu)主要連接緊固件，通常用于鋼結(jié)構(gòu)中構(gòu)件間的連接、固定、定位等，鋼結(jié)構(gòu)中使用的連接栓一般分普通螺和高強(qiáng)度螺兩種。選用普通螺栓作為連接的緊固件，或

10、選用高強(qiáng)度螺栓但不施加緊固軸力，該連接即為普通螺栓連接，也即通常意久下的螺栓連接；選用高強(qiáng)度螺栓作用連接的緊固件，并通過(guò)對(duì)螺栓施加固軸力而起到連接作用的鋼結(jié)構(gòu)連接稱高強(qiáng)度螺栓連接。 本工程采用10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓連接，摩擦型連接用于一旦發(fā)生滑移就會(huì)對(duì)正常使用造成損害的情況，例如承受疲勞破壞的連接、反復(fù)作用力的連接、連接中使用了擴(kuò)大孔或槽孔且荷載沿槽孔方向。摩擦型連接的螺栓必須按照規(guī)范要求施加預(yù)拉力。大多數(shù)使用了標(biāo)準(zhǔn)孔的連接可以設(shè)計(jì)為承壓型連接而不必考慮正常使用下會(huì)不會(huì)發(fā)生滑移，這是因?yàn)?，?duì)于使用了標(biāo)準(zhǔn)孔或荷載垂直與槽的槽孔的連接，當(dāng)螺栓個(gè)數(shù)大于等于3時(shí)，自由的滑移通常并不存在因?yàn)橐粋€(gè)或更更多的孔

11、在施加荷載之前就已經(jīng)承壓了。因此，螺栓的連接至關(guān)重要。          本工程主次梁及次檁與主檁的連接用高強(qiáng)螺栓。高強(qiáng)螺栓螺栓連接時(shí)，按照鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)施工，檢驗(yàn)用高強(qiáng)螺栓應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝的螺栓中隨機(jī)抽取。 （1）摩擦面處理 用鋼絲刷在垂直于受力面除去浮銹，要求做到連接面無(wú)油污、水、沙土，保持干燥平整，不能有毛刺、飛邊、殘留物等，不得在雨中作業(yè)。 （2）終擰扭矩確定 T=K.p.d 式中：T-施擰扭矩（N.m）；d-螺栓直徑；P-螺栓預(yù)拉力；K-扭矩系數(shù) （3）高強(qiáng)螺栓的檢查 目測(cè)檢查是否有漏擰現(xiàn)象、

12、螺紋損傷，是否有接觸不密合現(xiàn)象，是否有墊圈、螺母反置現(xiàn)象。 （4）成品保護(hù)要求 A.高強(qiáng)螺栓連接副在運(yùn)輸、保管過(guò)程中應(yīng)輕裝、輕卸，防止損傷螺紋。 B.高強(qiáng)螺栓連接副應(yīng)按包裝箱上注明的批號(hào)、規(guī)格分類保管，室內(nèi)存放，堆放不宜過(guò)高，防止生銹和沾染臟物，高強(qiáng)螺栓連接副在安裝使用前嚴(yán)禁任意開箱。 C.工地安裝時(shí)應(yīng)按當(dāng)天高強(qiáng)螺栓連接副使用的數(shù)量領(lǐng)取。當(dāng)天安裝剩余的必須妥善保管，不得亂扔、亂放。在安裝過(guò)程中不得碰傷螺紋及沾染臟物，以防扭矩系數(shù)發(fā)生變化。 D.加工后的構(gòu)件在高強(qiáng)螺栓連接處的鋼板表面應(yīng)平整，無(wú)焊接飛濺，無(wú)毛刺，無(wú)油污，其表面處理方法應(yīng)與設(shè)計(jì)圖中所要求的一致。 E.經(jīng)處理后的高強(qiáng)螺栓連接處摩擦面，

13、應(yīng)采用保護(hù)措施，防止沾染臟物和油污，嚴(yán)禁在高強(qiáng)螺栓連接處摩擦面上作任何標(biāo)記。 2.2.3焊縫的質(zhì)量檢查 全焊接連接節(jié)點(diǎn)的形式全焊接連接節(jié)點(diǎn)是工程中較為常見的梁柱連接節(jié)點(diǎn)形式, 即梁的上、下翼緣采用全熔透坡口對(duì)接焊縫, 腹板用角焊縫與柱連接, 且工字型柱在梁翼緣對(duì)應(yīng)處應(yīng)加水平加勁肋, 箱形柱內(nèi)應(yīng)設(shè)加勁肋隔板, 加勁肋應(yīng)按與梁翼緣等強(qiáng)設(shè)計(jì), 其連接焊縫亦應(yīng)滿足等強(qiáng)傳力的要求。本工程對(duì)焊縫的要求如下： (1) 焊縫質(zhì)量外觀檢查，應(yīng)按設(shè)計(jì)文件規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)在焊縫冷卻后進(jìn)行。 (2)焊縫表面應(yīng)均勻、平滑，無(wú)折皺、間斷和未滿焊，并與基本金屬平緩連接，嚴(yán)禁有裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑、針狀氣孔和熔合性飛濺等缺陷； (3)所有焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有裂紋時(shí)，可用磁粉探傷或著色滲透探傷進(jìn)行復(fù)查。 3 結(jié)語(yǔ) 鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后必須按照鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)各項(xiàng)目進(jìn)行質(zhì)量檢查驗(yàn)收，各項(xiàng)技術(shù)要求符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，方可進(jìn)行下道工序施工。 參考文獻(xiàn) 1 張明軒.鋼結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量控制J.鋼結(jié)構(gòu).2004（6） 2張晨鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路J山西建筑，2005 3王景