H型鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)技術(shù)手冊(cè)

H型鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)技術(shù)手冊(cè)柱與柱拼接連接節(jié)點(diǎn)，理想情況應(yīng)是設(shè)置在內(nèi)力較小位置。不過，在現(xiàn)場(chǎng)從施工難易和提升安裝效率方面考慮，通?？蚣苤唇舆B接接頭宜設(shè)置在框架梁上方1.3m附近。為了便于制造和安裝，降低柱拼接連接節(jié)點(diǎn)數(shù)目，通常情況下，柱安裝單元以三層為一根。特大或特重柱，其安裝單元應(yīng)依照起重、運(yùn)輸、吊裝等機(jī)械設(shè)備能力來確定。H型鋼柱拼接，其翼緣板拼接主要有高強(qiáng)度螺栓+拼接板雙剪拼接、單剪拼接，或翼緣板直接采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接；腹板拼接主要采取高強(qiáng)度螺栓+拼接板雙剪拼接。我們慣用形式主要是：翼緣板拼接為采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接，腹板拼接主要采取高強(qiáng)度螺栓+拼接板雙剪拼接。其余形式下各種拼接組合也會(huì)用到，計(jì)算時(shí)應(yīng)該依照實(shí)際拼接方式加以驗(yàn)算。拼接節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算主要遵照《鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）中相關(guān)條文及要求。通常情況下，作用于柱拼接節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力有軸心壓力、彎矩和剪力。當(dāng)拼接連接處內(nèi)力小于柱承載力設(shè)計(jì)值二分之一時(shí)，從柱連續(xù)性來衡量拼接連接節(jié)點(diǎn)性能，其設(shè)計(jì)用內(nèi)力應(yīng)取柱承載力設(shè)計(jì)值1/2。非抗震設(shè)防高層鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)在拼接連接處不產(chǎn)生拉力，且被連接柱端面經(jīng)過銑平加工且緊密結(jié)合時(shí)，其軸心壓力和彎矩25%分別由柱端面直接傳遞。也就是說，符合上述要求柱拼接節(jié)點(diǎn)連接，可分別按軸心壓力和彎矩75%來計(jì)算，而剪力是不能經(jīng)過柱端接觸面?zhèn)鬟f。柱拼接連接，對(duì)H形截面柱其翼緣通常采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接，腹板采取高強(qiáng)度螺栓連接；也可全部采取高強(qiáng)度螺栓連接。當(dāng)采取高強(qiáng)度螺栓連接時(shí)，翼緣和腹板拼接連接板應(yīng)盡可能成對(duì)設(shè)置，而且兩側(cè)連接板面積分布應(yīng)盡可能與柱截面相一致；在有彎矩作用拼接連接節(jié)點(diǎn)中，拼接連接板截面面積和截面抵抗矩均應(yīng)大于母材截面面積和截面抵抗矩。柱拼接連接，當(dāng)采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接時(shí)，尚應(yīng)采取以下方法。（1）為確保上、下柱拼接連接焊縫根部間隙，可依照詳細(xì)情況，選取以下方法：①利用柱腹板拼接連接板支承上柱。②利用上、下柱腹板（端面經(jīng)加工）斷面緊密接觸。③在工廠預(yù)先按要求于拼接處設(shè)置連接襯板，并將經(jīng)加工端面緊密接觸。④采取上述方法組合。（2）為確保柱拼接連接節(jié)點(diǎn)安裝質(zhì)量和架設(shè)安全，在柱拼接處須適當(dāng)設(shè)置安裝耳板作為暫時(shí)固定。此時(shí)安裝耳板長(zhǎng)度、寬度和厚度及其連接焊縫、暫時(shí)固定螺栓數(shù)目，應(yīng)依照柱子安裝單元自重和安裝時(shí)可能出現(xiàn)最大陣風(fēng)以及其余施工荷載來確定。但不論怎樣，安裝耳板厚度不應(yīng)小于10mm；安裝耳板與柱連接，當(dāng)采取雙面角焊縫時(shí)，其焊腳尺寸不宜小于8mm；連接螺栓數(shù)目上柱和下柱各為3個(gè)，直徑不應(yīng)小于20mm；安裝耳板長(zhǎng)度和寬度可依照連接螺栓設(shè)置結(jié)構(gòu)要求和焊縫操作極限尺寸來確定。柱需要改變截面時(shí)，通常應(yīng)盡可能地保持截面高度不變，而采取改變翼緣厚度（或板件厚度）方法。若需改變柱截面高度時(shí)，通經(jīng)常將變截面段設(shè)于梁與柱連接節(jié)點(diǎn)處，使柱在層間保持等截面。這么，柱外帶懸臂梁段不規(guī)則連接在工廠完成，以確保制作和安裝質(zhì)量。變截面坡度，通?？稍?：4~1：6范圍內(nèi)采取，通常取1：5或1：6。對(duì)邊列柱變截面時(shí)，其連接尚應(yīng)考慮因?yàn)樯舷轮行钠x所產(chǎn)生附加彎矩影響。連接設(shè)計(jì)柱拼接連接節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)計(jì)算方法通常有：（1）等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法（2）實(shí)用設(shè)計(jì)法（一）等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法是按被連接柱翼緣和腹板凈截面面積等強(qiáng)度條件來進(jìn)行拼接連接設(shè)計(jì)。它多用于抗震設(shè)計(jì)或彈塑性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中柱拼接連接設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)體連續(xù)性、強(qiáng)度和剛度。當(dāng)柱拼接連接采取焊接連接時(shí)，通常采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接，并采取引弧板施焊。此時(shí)，視焊縫與被連接翼緣和腹板是等強(qiáng)度，無須進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算。H形截面柱拼接連接有：柱翼緣采取焊縫連接，腹板采取高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。翼緣焊接連接，通常也是采取完全焊透坡口對(duì)接焊縫連接，并采取引弧板施焊。此時(shí)，視焊縫與被連接翼緣是等強(qiáng)度，無須進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算；而腹板連接所需摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓及其拼接連接板，可按全部采取高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行拼接連接關(guān)于要求來確定。H形截面柱拼接連接還有：柱翼緣和腹板全部采取高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。采取等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法進(jìn)行柱翼緣和腹板全部采取摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓拼接連接設(shè)計(jì)時(shí)，可按以下要求確定。（1）作用于柱拼接連接處內(nèi)力有軸心壓力、彎矩和剪力。柱拼接連接按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)內(nèi)力，可按以下公式計(jì)算：軸心壓力彎矩剪力參數(shù)說明：為柱扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面模量，可按下式計(jì)算：為柱扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面慣性矩，可按下式計(jì)算：為柱毛截面慣性矩，可按下式計(jì)算：為柱翼緣毛截面慣性矩，可按下式計(jì)算：為柱腹板毛截面慣性矩，可按下式計(jì)算：為柱截面高度；為柱截面寬度（翼緣寬度）；為柱單側(cè)翼緣計(jì)算減弱截面上高強(qiáng)度螺栓數(shù)目，對(duì)并列布置（翼緣上共有兩列），或（翼緣上共有四列），對(duì)錯(cuò)列布置可近似?。ㄒ砭壣瞎灿兴牧?，但中間兩列錯(cuò)列布置）；為柱翼緣高強(qiáng)度螺栓孔徑；為柱翼緣厚度；為柱腹板厚度；為柱腹板高強(qiáng)度螺栓孔徑；為柱截面中和軸至腹板高強(qiáng)度螺栓孔中心距離；為柱單側(cè)翼緣扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面面積，可按下式計(jì)算：為柱腹板扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面面積，可按下式計(jì)算（也可近似地取腹板毛截面面積0.85倍）：為柱腹板高度；為柱腹板計(jì)算減弱截面上高強(qiáng)度螺栓數(shù)目；為鋼材抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，依照計(jì)算點(diǎn)處鋼板材質(zhì)、厚度不一樣而取不一樣數(shù)值，按下文表格中數(shù)值采??；為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，依照計(jì)算點(diǎn)處鋼板材質(zhì)、厚度不一樣而取不一樣數(shù)值，按下文表格中數(shù)值采取。（2）按照等強(qiáng)度條件，拼接連接承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)等于柱子板件承載力設(shè)計(jì)值。柱子在軸心壓力、彎矩和剪力共同作用下，柱翼緣等強(qiáng)度條件是：所以柱翼緣拼接連接則取作為設(shè)計(jì)內(nèi)力值（即）。此時(shí)柱子單側(cè)翼緣連接所需高強(qiáng)度螺栓數(shù)目，應(yīng)按下式計(jì)算：參數(shù)說明：為一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值；其余參數(shù)按前文參數(shù)說明。（3）同理，按照等強(qiáng)度條件，柱子在軸心壓力、彎矩和剪力共同作用下，柱腹板等強(qiáng)度條件是：所以柱腹板拼接連接則取作為設(shè)計(jì)內(nèi)力值（即）。此時(shí)柱腹板連接所需高強(qiáng)度螺栓數(shù)目，應(yīng)按下式計(jì)算：參數(shù)說明：參數(shù)按前文參數(shù)說明。等強(qiáng)度設(shè)計(jì)法多用于結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)計(jì)或彈塑性設(shè)計(jì)中柱拼接連接設(shè)計(jì)，以確保構(gòu)件連續(xù)性、強(qiáng)度和剛度。所以此處對(duì)H形鋼柱拼接節(jié)點(diǎn)做抗震驗(yàn)算。抗震驗(yàn)算時(shí)，需滿足螺栓孔等對(duì)構(gòu)件全截面減弱率不應(yīng)大于25%。按抗震設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)，其連接節(jié)點(diǎn)最大承載力，可分別按以下要求確定，同時(shí)應(yīng)滿足相關(guān)要求。（1）焊縫極限承載力應(yīng)按以下公式計(jì)算：對(duì)接焊縫受拉角焊縫受剪參數(shù)說明：為焊縫有效受力面積；為構(gòu)件母材抗拉強(qiáng)度最小值，對(duì)Q235鋼；對(duì)Q345鋼；對(duì)Q390鋼；對(duì)Q420鋼。（2）高強(qiáng)度螺栓連接極限受剪承載力，應(yīng)取以下二式計(jì)算較小者：考慮到螺栓連接中部分螺栓破壞出現(xiàn)在螺栓桿而不是螺紋處，使螺栓連接最大抗剪承載力在整體上有所提升，所以式中0.58可用0.75代替。軟件計(jì)算過程中，考慮到計(jì)算普遍性及安全性，仍采取0.58計(jì)算。參數(shù)說明：、分別為一個(gè)高強(qiáng)度螺栓極限受剪承載力和對(duì)應(yīng)板件極限承壓力；為螺栓連接剪切面數(shù)量；為螺栓螺紋處有效截面面積；為螺栓鋼材抗拉強(qiáng)度最小值；對(duì)10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓；對(duì)8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓為螺栓桿直徑；為同一受力方向鋼板厚度之和；為螺栓連接板極限承壓強(qiáng)度，取。螺栓螺紋處有效截面面積（3）有螺栓孔等減弱桿件最大承載力，可按以下公式計(jì)算：對(duì)軸心拉力（取二者小值）對(duì)剪力參數(shù)說明：為扣除螺栓孔等以后凈截面面積；為拉力方向端距；為受拉桿件在連接處厚度；為構(gòu)件母材抗拉強(qiáng)度最小值。按抗震設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)，其連接節(jié)點(diǎn)最大承載力，應(yīng)分別滿足以下要求。連接彈性設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)件上下翼緣端截面應(yīng)滿足連接彈性設(shè)計(jì)要求，腹板應(yīng)計(jì)入剪力和彎矩。連接節(jié)點(diǎn)極限受彎、受剪承載力，應(yīng)符合以下要求：且拼接采取螺栓連接時(shí)，尚應(yīng)符合以下要求：翼緣腹板一列螺栓時(shí)多列螺栓時(shí)柱構(gòu)件有軸力作用時(shí)全截面受彎承載力，應(yīng)按以下公式計(jì)算：軟件主要針對(duì)工字形柱截面繞強(qiáng)軸作用時(shí)：當(dāng)初當(dāng)初參數(shù)說明：為構(gòu)件拼接極限受彎承載力；柱翼緣采取焊透對(duì)接坡口焊縫連接時(shí)：柱截面抗彎最大承載力：柱翼緣采取高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接時(shí)：柱翼緣拼接連接板凈截面抗拉最大承載力對(duì)應(yīng)最大彎矩：柱翼緣連接高強(qiáng)度螺栓抗剪最大承載力對(duì)應(yīng)最大彎矩：柱翼緣板邊端截面抗拉最大承載力對(duì)應(yīng)最大彎矩：柱翼緣拼接板邊端截面抗拉最大承載力對(duì)應(yīng)最大彎矩：、為內(nèi)、外側(cè)翼緣拼接板凈截面面積；為一個(gè)翼緣有效截面面積，需考慮當(dāng)寬厚比超限時(shí)取為有效截面面積；為腹板拼接中彎矩引發(fā)一個(gè)螺栓最大剪力，按以下方法計(jì)算：X向分力：Y向分力：為柱截面高度；為柱翼緣厚度；為一側(cè)翼緣連接板凈截面面積；為連接節(jié)點(diǎn)單側(cè)鋼柱一個(gè)翼緣上高強(qiáng)螺栓數(shù)目；為拉力方向端距；為構(gòu)件母材抗拉強(qiáng)度最小值；為構(gòu)件拼接極限受剪承載力；垂直于角焊縫受剪時(shí)，可提升1.22倍；梁腹板抗剪時(shí)：連接板抗剪時(shí)：高強(qiáng)螺栓抗剪時(shí)：為腹板斷面計(jì)算處一列螺栓數(shù)目；為連接節(jié)點(diǎn)單側(cè)鋼柱腹板上高強(qiáng)度螺栓數(shù)目；為腹板連接螺栓孔直徑；為連接板截面高度；為連接板總厚度；為構(gòu)件全塑性受彎承載力；為構(gòu)件有軸向力時(shí)全截面受彎承載力；為構(gòu)件軸向屈服承載力，??；為構(gòu)件扣除螺栓孔等以后凈截面面積；、為柱計(jì)算位置處腹板高度和厚度；為抗拉強(qiáng)度最小值；為鋼材屈服強(qiáng)度。為使承受彎矩梁或柱塑性區(qū)不產(chǎn)生局部失穩(wěn)，塑性區(qū)范圍內(nèi)梁或柱板件寬厚比，可參考下表確定。梁、柱等構(gòu)件全塑性彎矩，可分別按以下情況確定。無軸心力作用時(shí)，構(gòu)件全塑性彎矩為：參數(shù)說明：為構(gòu)件截面塑性模量，可按以下公式計(jì)算：H形截面主軸方向：有軸心力時(shí)，軟件主要針對(duì)H形柱截面繞強(qiáng)軸作用時(shí)：當(dāng)初（按上式計(jì)算）當(dāng)初（按上式計(jì)算）參數(shù)說明：為構(gòu)件作用軸心力；為構(gòu)件軸向屈服強(qiáng)度，??；為腹板截面面積；為構(gòu)件主截面面積；為無軸心力作用時(shí)，構(gòu)件全塑性受彎承載力。（二）實(shí)用設(shè)計(jì)法實(shí)用設(shè)計(jì)法是以被連接柱翼緣和腹板各自截面面積分擔(dān)作用在拼接連接處軸心壓力，柱翼緣同時(shí)承受壓力和繞強(qiáng)軸全部彎矩，以及腹板同時(shí)承受軸心壓力和全部剪力來進(jìn)行拼接連接設(shè)計(jì)。當(dāng)拼接連接處內(nèi)力小于柱承載力設(shè)計(jì)值二分之一時(shí)，從柱連續(xù)性來衡量拼接連接節(jié)點(diǎn)性能，其設(shè)計(jì)用內(nèi)力應(yīng)取柱承載力設(shè)計(jì)值1/2。此處設(shè)計(jì)方法以下：求取構(gòu)件軸心壓力承載力：剪力承載力：彎矩承載力:當(dāng)初，采取實(shí)際內(nèi)力、進(jìn)行計(jì)算當(dāng)初，采取對(duì)應(yīng)位置承載力二分之一進(jìn)行計(jì)算比如翼緣位置，按考慮當(dāng)初，采取實(shí)際內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算當(dāng)初，采取對(duì)應(yīng)位置承載力二分之一進(jìn)行計(jì)算比如腹板位置，剪力按考慮，軸力仍按實(shí)際軸力進(jìn)行計(jì)算采取實(shí)用設(shè)計(jì)法來進(jìn)行柱翼緣和腹板全部采取高強(qiáng)度螺栓摩擦型拼接連接設(shè)計(jì)時(shí)，可按以下要求確定（當(dāng)翼緣采取焊透坡口對(duì)接焊縫連接時(shí)，設(shè)計(jì)方法類同，依照實(shí)際情況詳細(xì)分析即可）：（1）在軸心壓力和彎矩共同作用下，柱單側(cè)翼緣連接所需高強(qiáng)度螺栓數(shù)目，應(yīng)按下式計(jì)算：參數(shù)說明：為柱單側(cè)翼緣毛截面面積；為柱毛截面面積；為作用在拼接連接處軸心壓力；為作用在拼接連接處繞強(qiáng)軸彎矩；為柱截面高度；為柱翼緣厚度；為一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。（2）在軸心壓力和剪力共同作用下，柱腹板連接所需高強(qiáng)度螺栓數(shù)目，應(yīng)按下式計(jì)算：參數(shù)說明：為柱腹板毛截面面積；為柱毛截面面積；為作用在拼接連接處軸心壓力；為作用在拼接連接處剪力；為一個(gè)摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值。柱翼緣和腹板拼接連接板截面尺寸，可按以下要求確定。（1）為使拼接連接節(jié)點(diǎn)具備足夠強(qiáng)度，保持柱剛度連續(xù)性，在確定柱翼緣和腹板拼接連接板時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足以下公式要求：參數(shù)說明：為柱單側(cè)翼緣連接板扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面面積；為柱單側(cè)翼緣扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面面積，按下式計(jì)算：為柱腹板拼接連接板扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面面積；為柱腹板扣除高強(qiáng)度螺栓孔后截面面積，按下式計(jì)算：為柱翼緣和腹板拼接連接板扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面模量，當(dāng)柱翼緣采取焊透坡口對(duì)接焊縫連接時(shí)，此時(shí)應(yīng)計(jì)算腹板拼接板和柱翼緣組合下凈截面模量；為柱扣除高強(qiáng)度螺栓孔后凈截面模量，按下式計(jì)算：（2）柱翼緣拼接連接板設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)上應(yīng)采取雙剪連接；當(dāng)醫(yī)院寬度較窄，結(jié)構(gòu)上采取雙剪連接有困難時(shí)，亦可采取單剪連接，但只宜用于內(nèi)力較小情況。在確定柱翼緣拼接連接板時(shí)，應(yīng)考慮連接板對(duì)稱性和交換性施工特點(diǎn)。通常情況下，翼緣外側(cè)拼接連接板寬度可取與翼緣同寬。依照上述第（1）項(xiàng)要求，翼緣拼接連接板厚度，可按以下公式計(jì)算。當(dāng)采取雙剪連接時(shí)：mm且不宜小于8mmmm且不宜小于10mm參數(shù)說明：為翼緣內(nèi)側(cè)拼接連接板寬度。當(dāng)采取單剪連接時(shí)：mm且不宜小于10mm（3）柱腹板拼接連接板，通常均應(yīng)在腹板兩側(cè)成對(duì)配置，即采取雙剪連接。依照上述第（1）項(xiàng)要求，腹板拼接連接板厚度，可按下式計(jì)算：mm且不宜小于6