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多高層民用建筑鋼結構節點范文1
關鍵詞：鋼結構；對比分析；抗震性
隨著社會的發展，生產力水平的提高，我國鋼產量、品種規格增長迅速，價格下降，原來鋼產量和價格對建筑鋼結構使用造成的阻力已不復存在，為鋼結構建筑的發展奠定了良好的物質基礎。鋼結構建筑具有跨度大、空間大、用鋼量少、施工方便易安裝、施工周期短、施工污染環境少、建筑造型簡潔美觀、以及可回收利用等優點，在工業廠房、倉庫、展覽廳等工業與民用建筑中得到越來越多的應用和發展。本文介紹某工程的鋼結構設計。
1 工程概況
本工程總建筑面積為1.68萬m2,其中地上6層1.38萬m2，地下1層，建筑檐口標高 26.2m。各層功能布置，地下一層為汽車庫和設備用房，地上 2―4層為商場，5―6層為寫字樓，第6層大部分屋頂綠化成為社會公共活動中心，具有現代化城市氣息的開放空間。
2 鋼結構的設計
本工程依據相關文獻的要求可劃分為一類建筑，構件的耐火等級為一級，鋼柱的耐火極限為3h，鋼梁的耐火極限大于2h。該工程設計基準周期為50年，為解決鋼結構的防腐問題，結合鋼構件防火采用防腐方案，即在工廠制作中，刷防銹漆兩度，現場吊裝就位后再涂抹放火涂料，使鋼構件在其使用壽命期間處于一種封閉的環境，外表面與大氣層隔斷，從而有效控制鋼構件腐蝕。該工程鋼柱鋼梁采用了耐火耐候鋼，耐腐蝕的性能更加優越。普通鋼材受熱后強度會大幅下降（550°C時強度降為零），在空氣介質中會發生銹蝕而影響結構的耐久性。而耐火耐候鋼，通過合適的技術，使鋼材含有特定的成份，表面結構和微觀組織，從而使鋼材本身生成結構所需要的耐火性和耐候性。耐候性為普通鋼的2.8倍，耐火性可使600°C時鋼材的屈服強度下降不大于1/3。使用這種鋼材可以減少防火涂料1/3，省去防銹漆，大大節約維護工本，不僅如此，耐火耐候鋼還具有自愈性和永久性，即在鋼材使用中表面受擦撞或火災后，其耐火耐候性不變。
為節省投資，合理布置空間，選擇最佳建造方案，本工程結構體系經歷幾次逆轉優化過程，并進行了多次修改設計。首先是鋼框架結構―混凝土框架結構體系的反復，基礎的設計由原鋼筋混凝土筏板基礎改為鋼筋混凝土獨立基礎，地下室擋土墻也由原350厚鋼筋混凝土擋土墻優化為鋼筋混凝土與砌體的組合結構。原方案采用了鋼筋混凝土框架結構，結構出現了“肥梁胖柱”的構件截面，同時基礎施工工期長，通過修改設計方案，采用了鋼框架結構鋼筋混凝土獨立基礎后，綜合造價降低，且經濟分析、資源消耗、生態環境等綜合效益明顯提高。
多、高層民用鋼結構設計一般采用的結構體系為鋼框架、鋼框架―混凝土核心筒（剪力墻）和鋼框架―鋼支撐體系等。鋼框架一般采用H型鋼柱，箱型方柱以及鋼管混凝土柱，在高層民用鋼結構中采用鋼管混凝土柱可節約鋼材約50%，降低造價約45%，但節點連接構造復雜，且施工現場濕作業量大。本工程屬多層民用鋼結構，采用工字型截面鋼柱；90%的框架梁采用輕型H型鋼，翼緣和腹板的厚度在滿足局部穩定要求的前提下盡力減薄，使截面開闊，取得較大的截面性矩，比軋制H型鋼節約用鋼量約15%，同時比焊接工字型鋼梁施工工期短，質量易保證。鋼柱與鋼梁節點采用剛性連接，主次梁節點為鉸接，次梁設計時考慮樓板的組合效應；樓板采用現澆鋼筋混凝土樓板，標準層板厚110，通過抗剪栓釘將樓板和主次梁連為整體。但開始時試采用壓型鋼板與混凝土組合樓板，并在板面上配置了鋼筋網，以使提高混凝土樓板的抗裂性能及整體性，避免了施工時支模，壓型鋼板的鋪設與鋼結構安裝交叉作用，樓板現澆在設備安裝階段進行，可以大大縮短施工工期，但這種作法使得樓板的造價提高，因此采用了前一種方案。
本工程結構計算采用了目前較為先進的確結構設計軟件STS鋼結構三維分析程序TAT計算，部分計算結果如下（表1，表2）：
結果表明，由于采用了鋼結構及輕質墻體，各樓層的質點重力荷載代表值比一般的混凝土結構小得多，因此地震作用引起的結構層間位移并不比風荷載引起的大。同時因為Y向鋼框架梁、柱均為強軸，滿足剛度要求；而考慮商場大空間及地下停車的方便性，X向即使無設置縱向支撐，由于X向柱網多，側向剛度大，頂點位移和層間位移均滿足規范要求，該工程結構布置合理，結構體系可行。
3 對比分析
長期以來，阻礙民用建筑鋼結構體系發展的一個重要原因是：①鋼結構造價遠遠大于同類的混凝土結構；②鋼結構防火防腐問題
難以解決。就本工程的修改設計，通過對鋼結構體系與鋼筋混凝土結構體系的對比分析，認為第②個問題是錯誤，第①個問題可用經濟指標表（表3，表4）加以說明：±0.000以上若采用混凝土框架結構比鋼框架結構便宜，而±0.000以下，特別是基礎造價，由于上部鋼結構自重減輕，改采用鋼結構比混凝土結構造價低廉，其次，鋼結構施工速度快，減少了還貸利息。因此本工程按二種結構體系比較綜合造價鋼結構略低。
多高層民用建筑鋼結構節點范文2
【關鍵詞】鋼結構 節點設計 探討
中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號：
1鋼結構梁柱節點形式的選擇
進行鋼結構設計時，在結構分析過程中應想好用哪種節點形式，根據結構構件的選用，按照傳力特征不同，選擇節點分剛接、鉸接還是半剛性連接。
(1)鉸接連接節點，本身擁有極大的柔性。鋼梁僅在腹板處采用高強螺栓連接，上、下翼緣無需進行現場焊接。采用鉸接時構造簡單，使現場安裝程序大為簡化，現場作業量大大減小，現場安裝可以不受天氣及季節的影響，鋼結構的安裝速度大大提高。但是，鉸接連接剛度和耗能性能差，對于結構抗風、抗震不利。
(2)剛性連接節點，具有很高的強度和剛度。其特點是受力性能好，但構造復雜，施工難度大。設計中梁柱節點一般是做剛接，這是由于梁柱節點承受的荷載一般較大而且還要抵御風荷載和水平地震引起的位移。
(3)半剛性連接節點，剛度和強度介于鉸接和剛接之間。我國《鋼結構設計規范》中沒有給出半剛性連接的具體計算和設計方案，而且節點轉動剛度很難確定。這樣的
節點形式在工程設計中一般很少采用。
結構設計中習慣的做法是把連接當成理想剛接或者鉸接，這樣做能夠使計算大大簡化，得到的計算結果必然與實際存在偏差。目前，主要通過采用調整系數來減少這種偏差。
2鋼結構梁柱節點的連接方法
多層及高層鋼結構連接節點可采用焊接、高強螺栓連接、焊接和高強螺栓混合連接。
2．1高強度螺栓連接
多層及高層鋼結構要承受風荷載的反復作用和地震的往復作用，梁柱節點應采用摩擦型高強度螺栓，不得采用承壓型螺栓連接。螺栓連接由于安裝簡單迅速，便于維護和加固，目前已廣泛用于橋梁結構、工業與民用建筑鋼結構的連接中。
2．2全焊型連接
焊接連接時疲勞敏感，焊接結構的低溫冷脆問題比較突出，產生焊接殘余應力和變形，對結構工作產生不利影響，除因受力復雜，接頭剛度大或施焊不便的安裝接頭不宜采用焊接外，可廣泛用于工業與民用建筑鋼結構中。
全焊型梁柱連接的優點及施工時注意事項。試驗結果表明，全焊型梁柱連接的滯回性能好于栓焊型混合連接，具有較好的塑性變形能力。在全焊型梁柱連接中，設計時應注意選擇合適厚度的節點板。節點板太強，不僅浪費材料，也不能充分利用節點域的變形能力耗散地震能量；相反節點板太弱的梁柱連接雖然能發展相當大的塑性變形，但由于梁翼緣難以形成塑性，也限制了節點的耗能能力。同時，節點域的塑性轉動過大會增加框架的水平位移，對框架的整體受力不利。在這種連接中，梁上、下蓋板邊緣加工后與柱采用對接焊縫連接，蓋板與梁的連接采用角焊縫，梁腹板與柱連接通過鋼板或角鋼而連在一起，鋼板或角鋼與梁腹板采用角焊縫連接，鋼板或角鋼與柱采用對接焊縫連接。在施工時應保證對接焊縫的質量，對接焊縫必須焊透，梁上、下蓋板與柱對接焊縫的質量對梁柱剛性連接的滯回性能有很大的影響。特別是焊縫與柱翼緣的連接面應注意除油除漆，合理安排施工順序。下翼緣的焊接引弧板如果留在構件上應將其與柱焊接，最好跟梁翼緣也焊在一起，以減小對接焊縫未焊透對梁柱連接受力的不利影響。
2．3摩擦型高強度螺栓與焊縫形成的混合連接
(1)焊縫的破壞強度高于高強螺栓的強度，抗滑極限強度，其比值宜控制在1～3之間；(2)不能用于需要驗算疲勞的連接中；(3)其施工順序，應根據板件的厚度，施焊時能否采取反變形措施等具體條件分析決定，一般采用先栓后焊的方式，此時高強度螺栓的強度應計算焊接影響，作一定的拆減；當采用先焊后栓且板間又不夾緊時，宜采用大直徑螺栓，并需將螺栓的抗剪承載力設計值乘以拆減系數；(4)在靜力荷載作用下，摩擦型高強度螺栓可以和側角焊縫共同作用。在直接承受動荷載作用的連接中，則不能用這種連接，施工時一般采用先栓后焊的程序，并在設計中考慮溫度影響將高強度螺栓的預拉力予以適當拆減；(5)能共同工作的混合連接，其總承載力可按不同連接方式承載力的總和考慮。
3鋼結構連接節點在工程中的應用
歐美及我國廣泛采用的梁柱剛性連接又可分為三類：
(1)梁端與柱的連接全部采用焊接連接；(2)梁翼緣與柱的連接采用焊接連接，梁腹板與柱的
連接采用摩擦型高強螺栓接；(3)梁端與柱的連接采用普通T形連接件的高強螺栓連接。
在以上連接節點中，全焊連接型式是焊縫連接最充分的，不會產生滑移。從理論上講，良好的焊縫質量和焊接構造可以提供足夠的延性，但在實際施工過程中存在一定的困難，而且要求對焊縫進行比較嚴格的探傷檢查。此外，焊接殘余應力和殘余變形也給實際結構帶來不利影響；高強螺栓連接施工比較方便，但存在接頭尺寸過大、鋼材消耗較多。目前栓焊連接應用較為普遍，工地安裝時，先用螺栓定位后對翼緣施焊，具有施工方便的優點。通過實驗表明，其滯回曲線與全焊連接的滯回曲線接近，翼緣焊接對螺栓的預拉力有一定的影響，使螺栓預拉力降低，因此高強螺栓的實際應力應留有富余度。
梁柱連接節點的基本設計原則：節點必須能夠完全傳遞被連接板件的壓力(或拉力)、彎矩和剪力等。在強震作用下節點的應力始終低于框架梁的應力，以保證在結構在罕遇地震時，處于高應力下的框架梁可率先進入塑性，發展成塑性鉸，使鋼結構的良好延性得到充分發揮來消耗地震能量，實現節點晚于構件破壞，即“強節點弱桿件”的設計思想。那么如何做到“強節點弱構件”設計原則呢?通?？刹捎盟苄糟q的粱端增強式連接(如節點加焊蓋板等)或在離梁端不遠處將梁的上下翼緣進行消弱的狗骨式連接。通過這些構造措施，來增強節點的延性，確保在較大的地震作用下，塑性鉸出現在梁內，不出現節點破壞現象。
4鋼結構梁柱節點設計應注意的問題
(1)連接的設計應與內力分析的假定相一致。在結構分析前，就應該對連接節點的形式進行充分的思考和分析，以保證最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式完全一致。(2)節點構造不應太復雜。節點設計要盡可能使工人能方便的進行現場定位和安裝。此外，點設計還應考慮加工廠的工藝水平。
(3)節點設計盡可能避免偏心連接，不能完全避免時應考慮偏心連接對結構的影響。
(4)傳力要直接、連續。各構件之間受力要明確，盡可能避免應力集中。
(5)注意破壞順序控制。設計時應加強主要構件的連接節點，避免在結構重要受力構件還處于彈性變形階段時，由于節點破壞而導致整個結構的倒塌。
(6)注意構造細節。使節點具有足夠的延性和韌性；節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。
(7)注意對薄弱環節的加強保護。在梁柱可能出現塑性鉸的區段，應該限制板件寬厚比，防止局部屈曲，保證耗能作用的發揮，同時設置側向支承點，保證梁上塑性鉸轉動過程中，不出現梁的整體失穩。
5結語
多高層民用建筑鋼結構節點范文3
隨著現代建筑設計的發展,建筑越來越注重屋面的造型設計,屋面造型形狀復雜,部分造型跨度及懸臂長度均較大,且高層或超高層的屋面處風壓較大,故采用傳統的鋼筋混凝土結構已難以實現,而轉由鋼結構來實現其建筑造型要求,本文結合一個工程實例,對屋面鋼結構的設計計算及節點構造設計方面做一定描述及分析,供類似工程參考。
2 工程概況
本工程位于廈門市仙岳路和育秀東路交叉口西南,北靠仙岳山,功能由五星級酒店和辦公組成。結構地上部分四十五層(其中屋頂三層為鋼結構),總建筑高度168.8m;結構高寬比約為3.6。地下部分2層,埋深約為10m。建筑物的安全等級為二級。 屬于超限建筑,已通過超限高層建筑工程抗震設防專項審查。
圖1 建筑三維效果圖
從效果圖上可以看出,本建筑自下而上平面由三個方向向內漸收,在43及44層處收至最小,到屋面處又有個較大尺度的放大,從屋面平面圖中可以看出,結構外挑尺度已超過內跨的柱距,使屋面形成長懸臂結構,在水平荷載作用下結構柱將出現較大的拉力,屋面設置一臺50噸重的大型擦窗機,針對這種情況,屋面部分繼續采用鋼筋混凝土結構已不合適,考慮到連接及剛度驗算等因素,將43~45層均采用鋼結構進行設計。本文除設計總體控制參數為整幢樓描述外,其余部分僅論述頂部三層鋼結構的設計。
圖2 屋面平立面圖
3 結構布置及計算
3.1 主要參數選擇
設計使用年限50年,抗震設防烈度為7度,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度為0.15g,場地類別為Ⅱ類,場地特征周期為0.35s。地震影響系數最大值采用0.12(多遇地震)。用反應譜法計算地震作用時,采用《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)5.1.5條規定的地震影響系數曲線,結構阻尼比取0.05,彈性時程分析所取的地面運動最大加速度為55cm/s2。
100年一遇的基本風壓0.95 kN/m2,地面粗糙度為C類。風荷載體型系數取1.4,(屋面懸挑處采用-2.0的體型系數進行復核)在風荷載下的結構頂點最大加速度時采用的10年一遇的基本風壓為0.5 kN/m2。
抗震設防重要性類別為丙類?？拐鸬燃?地面(0.00標高以上,框架與剪力墻均為一級;地下一層框架與剪力墻為一級,地下二層框架與剪力墻為三級。
3.2 結構選型與布置
本工程主體采用鋼筋混凝土框架一多筒體(筒體稀柱框架)結構體系,頂部三層則采用鋼框架+支撐結構體系,梁及支撐主要采用國標Q345B型H型鋼,鋼柱采用焊接箱型柱,柱斷面500×500,樓面為鋼樓承板加栓釘,上澆筑混凝土板,混凝土板總高度150。在建筑柱間均設置斜撐,以加強其抗扭剛度。結構布置中的難點主要有以下幾條:
3.2.1 層面的長懸臂問題。屋面后部為雙向懸挑結構,后挑近8米,左右各懸挑9米,而后部兩根角柱間距離僅6米。針對這種情況,后部懸挑段主受力體系采用桁架結構,由柱位處設置兩榀主桁架往后挑出,桁架高度2500,主桁架外挑段內設置兩榀橫向次桁架作為左右懸挑的受力構件,桁架根部高度2500。屋面前端外挑約10米,但懸挑根部允許的最大結構高度為1200,且前端兩根柱水平間距僅1700,這樣前端整體剛度偏小,位移指標難以控制,針對這種情況,于前端兩根柱處各外挑一根箱型梁,斜交于懸挑端尾部,使其水平面上形成一個三角體結構,對兩根柱之間加密斜撐,概念上將形成一根雙肢柱,以加強屋面層前端的剛度。對于建筑中部的外挑處結合建筑的厚度進行設置,厚度較大處設置桁架,較小處采用梁懸挑,
3.2.2 樓蓋的平面內剛度問題
本工程在43、44層處樓蓋面積較小,屋面層剛度又較大,這樣在44層將會形成結構的薄弱部位,而鋼梁+樓承板體系的整體剛度較現澆鋼筋混凝土結構差,雖在計算中這些樓層已按彈性板考慮,但其剛度仍嫌不足,故在這幾層的樓面梁間設置斜向支撐桿,用以加強樓層的平面內剛度。
3.2.3 結構上下剛度比及承載力比的問題
這三層鋼結構層高相同,但是在43、44層處有明顯的收腰現象,且屋面為了懸挑構件的實現,采用了較多數量的桁架及支撐桿,這樣會導致45層的剛度遠大于44層,造成44層為結構薄弱層,不滿足《建筑抗震設計規范》第3.4.3-2 條相關規定。為滿足該要求,在結構的43、44層處設置層間梁,將4200層高分為2600及1600兩段,這樣可以較大減少柱的計算長度,使其承載力有較大提高,結合支撐的設置,能很好的提高其剛度,使其位移及抗震承載力指標滿足相關規范要求。
3.2.4 結構前端過于薄弱的問題
該結構前端尺寸較小,結構寬度僅1700,且存在長懸臂情況,這樣在風荷載作用下,前端的位移將較大,為控制該點的位移值又不至于影響建筑效果,在43層女兒墻高度以下處設置斜向支撐桿,支撐底部落于外側的兩個鋼筋混凝土柱上,使前端的底部結構寬度由原來的1700增加至3600,大大提高其穩定性及抗側剛度,由于女兒墻的遮擋作用,該斜撐的設置并不影響建筑立面效果。
針對這幾個問題的處理措施,屋面結構布置及結構立面圖如下圖所示:
圖3 屋面結構布置及結構立面圖
3.3 計算分析及調整
3.3.1 計算軟件及算法選擇:
結構整體分析采用的軟件主要采用PKPM系列的高層建筑結構空間有限元分析軟件PMSAP模塊及STS模塊進行設計計算,采用國際通用的建筑結構三維分析軟件ETABS9.0.2中文版進行復核
因鋼結構與混凝土結構計算阻尼比不同,混凝土結構為0.05,鋼結構為0.035,而計算軟件尚無法分段設置阻尼比,故在計算中,分別建立兩個計算模型,一是將這三層鋼結構代入整體計算的模型用PMSAP進行電算,阻尼比取0.05,二是將這三層鋼結構單獨用STS+PMSAP進行計算,阻尼比取0.035。取整體計算時43層的柱底地震剪力值與單獨計算時的柱底地震剪力值進行比較,通過調整單獨計算時的地震力放大值,使二者的地震剪力相等。且在單獨計算時通過加大基本風壓的方法進行風荷載計算,使二者實際輸入的風荷載值相當。但在實際計算中,單獨計算的結果顯示,其所有構件受力較整體計算約小15%左右,這兩種算法算出其構件受力均較ETABS計算的結果大?？紤]到本屋面重要性程度較高,故仍采用最不利的整體計算結果進行構件及節點設計。以下僅介紹整體計算的結果情況
3.3.2 主要計算結果及比較與分析
對于該類鋼結構屋面層,應代入整體模型進行計算,并評估整體的電算指標是否滿足要求,而對于阻尼比不同對結構的影響較小,通過其它方式進行復核。經三種計算方法比較后得知,其較不利者仍為整體計算時的結果,故本節以PMSAP整體計算結果與ETABS的計算結果進行比較。其主要計算結果如下
(1)計算得到的前6階模態振型的振動周期結果列于表3。兩個程序計算得到的第一、第二周期T1、T2分別為X、Y方向的平動周期,第三周期T3為扭轉第一周期,T3/T1均遠小于規范的限值0.85,表明該結構具有良好的抗扭能力,符合抗震概念設計的要求。振型曲線符合正常規律。從表1可見,扭轉周期比滿足要求,有效質量系數滿足要求。
(2)計算得到的結構最大響應位移結果列于表2,從表2可見,層間位移角以及位移比均滿足要求,地震作用下的剪重比在正常范圍內。()中數值為所在樓層,風載位移分為鋼結構部分與混凝土結構部分,前一數值為混凝土部分,后一數字為鋼結構部分,其余工況下鋼結構位移值不起控制作用,未列出
(3)地震作用下結構的層剪力沿豎向的分布情況見下圖。由圖可見,結構的層剪力沿豎向分布無明顯突變,滿足規范要求。
圖4 地震作用下結構的層剪力沿豎向的分布
(4)舒適度要求:
考慮10年一遇的風荷載作用(w0=0.50kN/m2)下的脈動影響,結構頂點最大加速度限值αmax=0.25m/s2;
X向:
頂點順風向的最大加速度αw=0.046m/s2;
頂點橫風向的最大加速度αtr=0.094m/s2;
Y向:
頂點順風向的最大加速度αw=0.041m/s2;
頂點橫風向的最大加速度αtr=0.094m/s2;
均滿足要求。
(5)彈性時程分析主要計算結果及比較與分析
時程分析采用“中國建筑科學研究院工程抗震研究所”提供的3條小震的地震波:HKS1(天然波)、HKS3(天然波)、HKS4(人工波)
時程法計算得到的結構最大響應計算結果列于表5。
()中數值為所在樓層
對應于3條輸入地震時程曲線,時程法計算得到的結構響應位移,均略小于反應譜法的計算結果。總體而言,時程法計算結果與反應譜法計算結果基本吻合,符合設計規范的有關要求。
(6)結構樓層抗側剛度比及層抗剪承載力比均滿足規范要求,最小處位于44層。
4 計算結果選取及共振問題
4.1 計算結果的選取
本剛架位于超高層頂部,從計算結果可知,控制內力基本為為風荷載控制,水平及豎向地震并不起控制作用,本屋蓋形式屬于荷載規范中所規定的風敏感結構,應分別考慮正向與負向風壓情況,對于剛架的計算同,在設計中加入兩組特殊風荷載,一為正向風載,二為反向風荷載,這樣,構件計算中可以自動取二者的包絡內力;而在柱腳設計中,需考慮兩種情況,一是取剛架計算結果考慮變矩、軸力及剪力,二是考慮1.0X恒荷載+負風+地震的組合計算柱底拉力,此時不考慮活荷載作用的工況考慮柱底拉力。這樣計算出的柱底內力組合方可包絡各種不利工況的控制內力。
4.2 共振問題的考慮
對于本工程的屋蓋,屬于高度較大建筑,且為長懸臂結構,應當考慮其結構自振頻率與風頻率是否接近,若二者比較接近,則在風荷載作用下可能會發生共振現象,這樣不利于結構安全。帶主樓合并計算時第一周期為3.099秒,對應自振頻率為0.32HZ;單獨抽取這三層的鋼結構,算出結構自振周期為0.427秒,對應的自振頻率為2.34HZ,自振周期均較短。特別是鋼結構部分,設計時為避免出現結構薄弱層及滿足屋面大長懸臂的受力要求,在這三層里設置了大量的斜撐桿及層間梁,這樣導致鋼結構的剛度較大。本工程因未做風洞實驗,沒有屋面處風頻率的具體數值,但是考慮到風頻率周期均較長,正常均在6秒以上,與結構的自振周期差得較多,不至于出現共振現象。故不考慮風共振現象,僅按荷載規范中相關規定進行風振系數的計算及放大。
5 節點設計
5.1 梁柱連接節點設計
本工程梁柱剛接節點在樓層處采用貫通式水平加勁肋與鋼柱進行連接,而層間的梁柱節點采用的外聯式水平加勁肋與鋼柱進行連接?？蚣芰壕捎盟ê富旌线B接的方式,翼緣采用等強融透焊,在梁端翼緣兩側加設與翼緣等厚的楔形板,按節點的極限強度進行梁柱連接節點驗算。腹板連接均采用M20的10.9級摩擦型高強螺栓連接,在滿足計算值的前提下,不少于兩排,同時提高加厚節點域的鋼柱壁厚,保證其節點域抗震承載力滿足要求。
圖5 節點構造
5.2 桁架節點設計設計
考慮到主桁架尺寸并不大,故在與柱相連的主桁架懸挑段采用等強融透焊進行連接,均在工廠進行焊接,運至現場后進行整體吊裝,主桁架根部與柱間采用栓焊連接,考慮到該桁架的弦桿主要受力形態為拉或壓,且該根部的重要性程度高,故設計中加大連接處焊縫長度,使其大于梁翼緣寬度的2倍,且對焊縫質量等級要求為一級,柱間的桁架采用栓焊連接,現場安裝。對于屋面后部兩榀擱置于主桁架上的次桁架,為保證主桁架的整體性,將次杵架分為三段進行現場拼裝,現場連接處采用等強融透焊連接,并在弦桿上下翼緣另行設置連接鋼板。以加強其抗拉承載力儲備。
5.3 柱腳節點設計
本工程屋蓋懸挑較大,柱間核心區較小,且位于超高層建筑頂部,風荷載較大,故柱腳受力復雜。從計算結果得知,在水平風荷載作用下,柱腳最大上拔力設計值達到1000KN,最大剪力設計值為900KN,而在恒+活+正風作用下最大的柱底壓力設計值為4500KN,柱腳的最大彎矩設計值亦有300KN.M.。而出于建筑使用功能限制,僅可設置外包式柱腳,在這種情況下,如僅靠外包柱腳內的主筋承擔節點的抗彎、抗拔力,一則主筋配置過多,節點區內鋼筋密集,影響混凝土的澆筑,二來該節點可靠性并不高,可能會在拉剪力的組合作用下破壞連接處的砼。針對這種情況,在正常的外包式柱腳基礎上做一定的構造加強措施,一是將43層樓面短方向的柱間框架梁加大,并在內設置構造鋼骨,并在下一層柱內也設置構造鋼骨,柱內構造鋼骨伸至42層柱底部,鋼柱柱腳底板中部開250x250孔,在梁內鋼骨上焊接一根H200X200X18X18鋼芯(鋼芯處設置栓釘),鋼芯插入鋼柱內1500,并在鋼管柱兩個側壁分別設置砼注漿孔及溢流孔,鋼柱就位后內灌C35無收縮細石混凝土,這樣該鋼芯可以可靠的承受鋼柱底部剪力及承擔鋼柱的上拔力,且上拔力通過鋼芯傳至梁、柱內鋼骨,從而可靠的傳至主體結構中,而不至使連接處砼局部破壞,這樣可以大大增強節點的安全性;同時對柱底錨栓做適當加強處理,由規范規定的最小4M24改為8M30,成四對U形布置,每對均繞過梁內鋼骨,這些螺栓可以承受所有的柱底上拔力。作為結構的抗拔安全儲備,同時也預防鋼柱內混凝土澆筑不密實時的一種補救措施。外包在鋼柱外的鋼筋混凝土柱腳僅需承擔抗彎要求即可。這樣也貫徹了在復雜節點中每個構件僅承受一種荷載作用的原則,避免構件處于復雜受荷狀態。同時對該層的樓面做板厚處理,板厚180,14×200雙層雙向配筋,以提高鋼柱支座層的整體剛度。具體節點構造如下圖所示
6 結語
許多高層或超高層建筑屋面的鋼結構造型復雜,常出現大跨度、長懸臂等情況,屋面頂部的風荷載較大,牽涉的荷載組合工況較多,結構設計難度較大。在設計中應根據其體量及與主體的關系,采用多種以上的軟件及算法進行設計及復核。屋面鋼結構與主體結構連接受限較多,節點多數出現較大的拉、壓、剪的荷載組合,對節點要求較高。規范或圖集中所列的柱腳節點并不一定能完全適用,應根據實際受荷情況進行節點設計,使其能夠滿足規范及受荷要求
參考文獻
[1]建筑抗震設計規范(GB 50011-2001)[S].中國建筑工業出版社.
多高層民用建筑鋼結構節點范文4
關鍵詞：鋼結構樓板；鋼筋桁架模板；施工技術；應用
Abstract: combining the new Beijing new project, introduced for the first time in Beijing area of the steel truss template construction technology and its process and puts forward the application summary.
Keywords: steel structure floor; Steel truss template; Construction technology; application
中圖分類號：TU391文獻標識碼：A 文章編號：
【緒論】
鋼結構構件工廠產業化生產大大縮短了工程工期，而多高層鋼結構的迅猛發展對工程工期提出了更高的要求，樓板的施工方法是影響工期的重要因素。目前，多層鋼結構建筑樓板一般采用帶一定肋高的壓型鋼板組合樓板，這種樓板與普通鋼筋砼樓板相比，有減少模板工作量、減少混凝土使用量及減輕樓板自重等優點，但也存在樓板下表面不平整、鋼筋綁扎繁瑣、鋼筋間距和混凝土保護層不易控制等缺點。
鋼筋桁架模板是將樓板中鋼筋在加工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與底模連接成一體的組合樓板。施工階段，將鋼筋桁架模板直接鋪設在鋼梁上，然后進行簡單的鋼筋工程就能夠承受砼自重及施工荷載；使用階段，鋼筋桁架與砼協同工作，承受使用荷載。鋼筋桁架樓板力學模型簡單、直觀，加工生產機械化程度高，可以減少現場鋼筋綁扎工作量的70％左右，上下兩層鋼筋的間距及混凝土保護層能得到保證，鋼筋排列均勻，為提高樓板施工質量創造了條件。當澆注砼形成樓板后，具有現澆板整體剛度大、抗震性能好的優點。這種樓板與壓型鋼板組合樓板相比，綜合經濟效益好，為我國的鋼結構樓板施工提供了一條新路子。
1、工程概況
北京新中關工程位于海淀區中關村西區，建筑面積117474平米，地下4層，地上裙房4層，裙房以上分為四棟塔樓12～19層。該工程在主體結構按施工圖紙完成后，經規劃同意后業主要求，通過建筑設計變更在塔樓B1、B2之間的聯體部分、B2樓的結構尖角部分及五層夾層的局部增加鋼結構樓板。
2、工程特點、難點
（1）增加面積大，塔樓聯體部分、B2樓的結構尖角部分增加4層，每層1000余平米；五層局部夾層增加近1000平米，合計近5000平米。而為迎接主體結構驗收，業主要求工期非常緊迫。
（2）主體結構完成后現場的塔吊已拆除，只具備室外電梯的垂直運輸條件，如采用壓型鋼板組合樓板，鋼筋的垂直運輸既是施工難點，也會成為影響工期的關鍵因素。
3、解決方案及效果
經綜合比較壓型鋼板組合樓板與鋼筋桁架模板體系樓板，結合本工程的特點和難點，我們與業主和設計單位進行了溝通，擬在本工程采用鋼筋桁架模板體系樓板。由于鋼筋桁架模板體系在北京地區首次采用，我們向北京市建委進行了技術企業標準備案，經有關專家審查通過，我們所報的技術標準在建委已備案，備案號JQB-077-2006。
經在工程中使用，鋼筋桁架模板施工速度快，室外電梯即可滿足垂直運輸，操作簡單，鋪裝成型后鋼筋的效果好，間距和混凝土保護層能得到保證。經測算，100mm厚的樓板，鋼筋桁架模板體系要比壓型鋼板組合樓板施工成本每平米便宜近10元。樓板完成后既美觀又滿足設計使用和安全要求，同時業主要求的工期目標也得以順利實現。
4、鋼筋桁架模板體系介紹
4.1鋼筋桁架模板
鋼筋桁架模板是將樓板中鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與底模連接成一體的組合模板，見圖1。鋼筋形成桁架，承受施工期間荷載，底模托住濕混凝土，因此這種技術可免去支模的工作及費用。
圖1鋼筋桁架模板
鋼筋桁架模板標準板構件的寬度為576mm，長度可以為1.0m~ 12.0m，可以設計的樓板厚度從100mm至300mm。
4.2鋼筋桁架混凝土樓板
在施工現場，將鋼筋桁架模板支承在鋼梁上，然后綁扎桁架連接鋼筋、支座附加鋼筋及分布鋼筋，最后澆注混凝土，便形成鋼筋桁架混凝土樓板。樓板總厚度不應小于90mm〖1〗。
5、鋼筋桁架模板安裝
5.1施工工藝流程
5.2施工方法
5.2.1 鋼筋桁架模板的安裝
5.2.1.1一般要求
（1）依照鋼筋桁架模板平面布置圖鋪設鋼筋桁架模板、綁扎分布鋼筋及部分附加鋼筋；
（2）平面形狀變化之處，應將鋼筋桁架模板切割，可采用機械或氧割進行，再將端部的豎向鋼筋還原就位之后進行安裝；
（3）鋼筋桁架模板的搭接長度（指鋼梁的上翼緣邊緣與端部豎向支座鋼筋的距離）應滿足設計要求，一般搭接長度不宜小于50mm。底部鍍鋅鋼板與鋼梁的搭接長度要滿足在澆注混凝土時不漏漿，搭接長度不宜小于30mm；
（4）待鋪設一定的面積之后，必須及時綁扎分布筋，以防止鋼筋桁架側向失穩。
（5）邊模板安裝之后應拉線校直，調節適當后利用鋼筋一端與栓釘點焊一端與邊模板點焊，將邊模固定。
5.2.1.2節點設計
（1）為方便鋼筋桁架模板鋪設之后的固定，現場在其端部焊接豎向鋼筋，鋪裝后立即豎向鋼筋與鋼梁點焊牢固，如下圖所示：
圖2 端部焊接豎向鋼筋
（2）將鋅鋼板搭接改為扣合方式,板與板之間的拉鉤扣合緊密，這樣可以保證澆筑混凝土時不漏漿。如下圖所示：
圖3 鋅鋼板扣合搭接
（3）支座連接鋼筋為兩塊鋼筋桁架模板連接處，連接桁架上下弦鋼筋的鋼筋，同時可代替上部負筋。
圖4 支座連接鋼筋
5.2.2附加鋼筋工程及管線的敷設
5.2.2.1按設計要求設置樓板支座連接筋及負筋，連接筋應與鋼筋桁架綁扎或焊接；
5.2.2.2樓板上要開洞口必須按設計要求設洞口邊加強筋，設置在鋼筋桁架面筋之下，待樓板混凝土達到設計強度時，方可切斷鋼筋桁架模板的鋼筋及鋼板；切割時宜從下往上切割，防止鍍鋅板邊緣與澆注好的混凝土脫離，切割可采用機械切割或氧割進行；
5.2.2.3電氣接線盒的預留預埋，可事先將其在鍍鋅板上固定，允許鉆Φ30及以下的小孔，鉆孔應避免鋼筋桁架模板的變形，影響外觀或導致漏漿。
5.2.2.4 由于鋼筋桁架的影響，板中的敷設管線，宜采用柔韌性較好的材料。由于鋼筋桁架間距有限，應盡量避免多根管線集束預埋，盡量采用直徑小一點的管線，分散穿孔預埋。
5.2.3 栓釘焊接
為了使鋼梁與組合樓板能有效地協同工作，設置了抗剪連接栓釘，使栓釘桿承受鋼構件與混凝土之間的剪力，實現鋼-混凝土的抗剪連接。部分鋼梁的栓釘直接焊在鋼梁頂面上，為非穿透焊；部分鋼梁與栓釘中間夾有壓型鋼板，為穿透焊。
5.2.3.1施工方法
將栓釘放置在焊槍的夾緊裝置中，把相應直徑的保護瓷環置于母材上，把栓釘插入瓷環內并與母材接觸；按動電源開關，栓釘自動提升，激發電??；焊接電流增大，使栓釘端部和母材局部表面熔化；設定的電弧燃燒時間達到后，將栓釘自動壓入母材；切斷電源，熔化金屬凝固，并使焊槍保持不動；冷卻后，栓釘端部表面形成均勻的環狀焊縫余高，敲碎并清除保護瓷環。
5.2.3.2需要注意的問題
（1）鋼筋桁架模板底模與母材的間隙應控制在1.0mm以內才能保證良好的栓釘焊接質量。鋼筋桁架模板厚度大時板形易不規則、不平整，造成間隙過大。同時還應注意控制鋼梁的頂部標高及鋼梁的撓度，以盡可能的減小其間隙，保證施工質量。
（2）如遇鋼筋桁架模板有翹起因而與母材的間隙過大可用手持杠桿式卡具對鋼筋桁架模板臨近施焊處局部加壓，使之與母材貼合。
5.2.3.3栓焊檢驗
工程中栓釘焊接的質量要求主要通過打彎試驗來檢驗，即用鐵錘敲擊栓釘圓柱頭部位使其彎曲30o ，觀察其焊接部位及熱影響區，若無肉眼可見的裂紋,即為合格。每批同類構件抽查10%，且不少于10件；被抽查構件中，每件檢查栓釘數量的1%，且不少于1個。做過打彎試驗的栓釘可在彎曲狀態下工作。
6、鋼筋桁架模板的技術特點
6.1由于鋼筋桁架模板一般不需要設臨時支撐，在混凝土結硬前，樓板強度和剛度即鋼筋桁架的強度和剛度，鋼筋桁架模板自重、混凝土重量及施工荷載全由鋼筋桁架承受?；炷两Y硬是在鋼筋桁架模板變形下進行的，所以樓板自重不會使板底混凝土產生拉力，在除樓板自重以外的永久荷載及樓面活荷載作用下，板底混凝土才產生拉力。這樣，樓板開裂延遲，樓板的剛度比普通現澆混凝土樓板大。
6.2 在使用階段，鋼筋桁架上下弦鋼筋與混凝土一起共同工作，此樓板與鋼筋混凝土疊合式樓板具有相同的受力性能，雖然受拉鋼筋應力超前，但其承載力與普通鋼筋混凝土樓板相同。
6.3對于樓板中使用鋼筋桁架模板，其鍍鋅鋼板不代替受力鋼筋使用,僅為施工模板，屬于非組合樓板(規范中說明當樓板為非組合樓板時鍍鋅鋼板可不做防火涂料),受力鋼筋完全被混凝土包裹，混凝土保護層厚度均勻一致，樓板過火后的修復等同于或更優于傳統的現澆鋼筋混凝土樓板。鋼筋桁架模板底部鍍鋅鋼板，其僅作施工階段模板用，不參與使用階段受力。鋼筋桁架模板無需考慮結構防火防腐〖2〗。
7、結論及建議
7.1通過新中關工程，鋼筋桁架模板在北京地區首次應用，這種工廠化生產的樓承板，不但能大幅度提高建筑施工效率，而且具有環保、抗震、節省資源等優點，取得了較好的工期、經濟和社會效益。
7.2鋼筋桁架模板與壓型鋼板組合樓板相比有較大的優勢，加工生產機械化程度高，現場鋼筋綁扎工作量減少70％左右，鋼筋的間距及混凝土保護層能得到保證，樓板施工質量和效果好。鋼筋桁架模板也可以代替普通鋼筋混凝土樓板，大幅度的降低鋼筋、模板作業的工作量，提高現場的工作效率。
7.3目前在北京地區，工程普遍具有工期緊張的特點，而充分發揮該模板施工速度快、施工質量容易控制、成型后效果好的優點，對于緩解工期和質量問題矛盾，有著很大的推廣意義和應用前景。
7.4根據設計需要，鋼筋桁架模板可設計成雙向受力樓板，等同于傳統的現澆鋼筋混凝土雙向配筋樓板，相對于其它帶有一定肋高的樓承板，不僅減小樓板結構層厚度、降低結構自重，而且更加經濟合理。
【參考文獻】
《高層民用建筑鋼結構技術規程》 JGJ 99-98
