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高层建筑施工:钢结构连接节点的重要性

【摘要】:连接节点是钢结构中极其重要的结构部位,它把梁、柱等构件连接成整体结构系统,使其获得空间刚度和稳定性,并通过它将一切荷载传递给基础。在高层钢结构中,柱子通常是从下到上贯通的。柱-梁刚接节点。当偏心连接时,支撑只与上、下钢梁连接,节点简单。

连接节点是钢结构中极其重要的结构部位,它把梁、柱等构件连接成整体结构系统,使其获得空间刚度和稳定性,并通过它将一切荷载传递给基础。连接节点本身应有足够的强度、延性和可靠性,应能按照设计要求工作,制作和安装应当简单。

连接节点按其传力情况分为铰接、刚接和介于两者之间的半刚接。设计中主要采用前两者,半刚接采用较少。在实际工程中,真正的铰接和刚接是不容易做到的,只能接近铰接或刚接。按连接的构件分,主要有钢柱柱脚与基础的连接、柱-柱连接、柱-梁连接、柱梁-支撑连接、梁-梁连接(梁与梁对接和主梁与次梁连接)、柱梁-支撑连接、梁-混凝土筒连接等。

1.钢柱柱脚与基础的连接

对于不传递弯矩的铰接柱,钢柱柱脚与基础的连接是用轻型地脚螺栓。如果柱子要传递轴力和弯矩给基础,则需有可靠的锚固措施,此时地脚螺栓则需用角钢槽钢等锚固(图7-18)。

图7-18 钢柱柱脚与基础的连接

2.柱-柱连接

(1)平板临时固定焊接连接。当柱-柱连接为焊接连接时,需预先在柱端焊上安装耳板(图7-19),用作撤去吊钩后的临时固定。耳板用普通钢板做成,厚度应不小于10mm。节点焊缝焊到其1/3厚度时,用火焰把耳板割掉。对于H型钢柱,耳板应焊在翼缘两侧的边缘上,这样既有利于提高临时固定的稳定性,又有利于施焊。

(2)螺栓连接。在高层钢结构中,柱子通常是从下到上贯通的。柱-柱连接即把预制柱段(2~4个楼层高度)在现场垂直地对接起来,可采取螺栓连接(图7-20),也可采用焊接连接。

图7-19 柱段用耳板临时固定焊接连接

图7-20 采用H型钢柱的全螺栓连接

(3)十字形柱与箱形柱的焊接连接,如图7-21所示。

3.柱-梁连接

(1)柱-梁铰接节点。柱与梁如果设计为铰接,一般只是将梁的腹板与柱子相连,或者将梁置于柱子的牛腿上(图7-22)。这些连接只能传递剪力,不能传递弯矩。

(2)柱-梁刚接节点。柱与梁如果设计为刚接,按刚节点的要求,节点受力后产生转动,但要求节点各杆件之间的夹角保持不变。实际上受力后刚节点必然有剪切变形,因此,各杆件之间的夹角就不可能保持不变。为了减少刚节点的剪切变形,一般都尽可能加大连接部分的截面尺寸。

图7-23所示为柱-梁刚接方式。其中图7-23(a)所示的连接,是把梁同预先焊在柱上的梁头对接,梁头的翼缘和腹板在工厂预先焊在柱上;图7-23(b)所示的连接,是通过焊在梁端部的对接板将梁上的弯矩传给柱子,对接板利用高强度螺栓与柱子连接;图7-23(c)所示是焊接连接,安装时,先用螺栓将梁与焊在柱上的连接板连接,然后再施焊,将梁的上、下翼缘全焊到柱上,这种连接通常只用于厚壁型钢柱。

图7-21 十字形柱与箱形柱的焊接连接

图7-22 柱-梁铰接节点

(a)用焊在柱上的扁钢作连接板;(b)用一对垂直角钢及角钢支座连接;(c)用焊在梁上的对接板连接

图7-23 柱-梁刚接节点

(a)梁头螺栓连接;(b)连接板螺栓连接;(c)连接板焊接

4.梁-梁连接

(1)主梁与主梁对接。图7-24所示为主梁与主梁对接的三种节点形式。

图7-24 主梁与主梁对接的节点形式

(a)全螺栓连接;(b)螺栓-焊接混合连接;(c)全焊接连接

(2)主梁与次梁对接。图7-25所示为主梁与次梁对接的节点形式。图7-26所示为主梁与次梁连接的立体视图,其中图7-26(a)、(b)所示连接只传递剪力,图7-26(c)、(d)所示连接不仅传递剪力,还同时传递弯矩。

图7-25 主梁与次梁对接的节点形式

(a)借助角钢连接件;(b)、(c)、(e)直接与肋板连接,不用连接板;(d)、(f)直接与肋板连接,用连接板;(g)与次梁梁头连接

图7-26 主梁与次梁对接的立体视图

(a)、(b)只传递剪力;(c)、(d)同时传递剪力和弯矩

5.柱梁-支撑连接

(1)偏心连接。当偏心连接时,支撑只与上、下钢梁连接,节点简单(图7-27)。

(2)中心连接。当中心连接(即支撑轴线与柱梁轴线交点相交汇)时,则需在工厂把钢柱、梁头和支撑连接件预先组拼并焊接好,拼装中应严格控制精度,如图7-28所示。在受力中支撑不承受弯矩,只承受轴力,因此,现场拼装多采用螺栓连接而较少采用焊接。这样做,有利于结构几何尺寸的调整,施工也较方便。

图7-27 人字形偏心支撑(H型钢)连接

图7-28 中心支撑拼装及支撑连接件

(a)中心支撑拼装;(b)支撑连接件

6.梁-混凝土筒连接

梁-混凝土筒连接,通常为铰接。预埋钢板可借助栓钉、弯钩钢筋、钢筋环、角钢等,埋设锚固于混凝土筒壁之中,钢板应与筒壁表面齐平,如图7-29所示。常采用的栓钉锚固件可用作受弯受剪连接件。

图7-29 几种预埋钢板的锚固方法

值得注意的是,在筒壁混凝土浇筑过程中,预埋钢板在三个方向上都会产生位移,误差较大。因此,除了在设计上充分考虑施工因素外,施工时应在模板技术、混凝土浇捣技术方面高度重视。