高层建筑钢结构节点的设计原理分析

王昱

摘 要：在现代化社会发展中，经济与技术都有了进一步的发展，高层、超高层建筑拔地而起。为了保证高层建筑的施工质量，施工人员一般都会将钢结构应用在其中，从而提高建筑工程的质量以及稳定性。根据统计，目前我国既有的高层建筑中，建筑楼层超过77层的均采用的是钢结构；而楼层超过34层的，有80%以上的建筑采用的是钢结构。本文就高层建筑钢结构节点设计原理进行全面分析，以供参考。

关键词：高层建筑；钢结构；节点；设计原理；分析

中图分类号：TU392 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0028-01

在建筑工程设计过程中，钢结构主要有构件以及节点两个部分构成，这两个部分存在着密切的联系。在实际工作中，即使施工人员保证了钢结构构件的质量，但是如果没有根据相关规定来设计节点，同样会降低钢结构的质量，无法保证建筑工程的质量。在高层建筑工程中，钢结构具有非常高的稳定性，但是从一些数据表明，建筑工程的钢结构仍然会因为地震而造成严重的破坏，究其主要原因是由于对其节点的设计不够合理。由此可见，钢结构的设计不仅要求构件的质量达到设计要求，更需要考虑多种因素，将节点合理的设计，从而保证钢结构的稳定性。

1 节点的连接方式

在高层建筑中，在制作钢结构的过程中，施工人员可以采用多种方式来连接其节点。一般来说，最为常见的连接方式有焊接、高强度螺栓连接以及两者结合的连接方法。

1.1 焊接连接方式

在节点连接的过程中，焊接方法具有充分的延伸性，这对于节点是非常有利的。但是在焊接过程中还会产生较大的应力，这会极大的降低钢结构的抗震性能。在实际工作中，为了保证钢结构的质量，一般施工人员会采用全熔透的方式来对其进行焊接。

1.2 高强度螺栓连接方式

在高层建筑工程中，钢结构作为一种承重构件，应该具有较高的稳定性与刚度。因此在连接节点的过程中，我们需要通过摩擦型高强度螺栓来将其节点进行连接，这种连接方式虽然施工简便，但是材料消耗非常大，会增加工程造价，并且如果处理不好，还有可能因为地震的影响而导致高层建筑失稳，出现滑移的现象。

1.3 焊接与高强度螺栓相结合的连接方式

目前，在高层建筑中，在连接钢结构节点的过程中一般都会采用这一连接方式，对于钢结构的翼缘部分，由于其受力较大，为了保证其稳定性，我们可以采用焊接的方式连接；而在钢结构的腹板部位，则可以采用高强度螺栓进行连接。这种连接方式是将两种连接方式的优点充分展示出来，具有较大的优越性。在工程施工过程中，施工人员需要注意的是，首先应该采用螺栓将钢结构定位，然后再采用相应设备对其翼缘进行焊接。

2 高层建筑中梁与柱节点的连接与设计

在对梁与柱进行节点连接的过程中，我们可以采用铰接、刚性连接以及半刚性连接进行。其中铰接方式使柱身承受梁的剪力，此时梁与柱之间的夹角可以自由转动；刚性连接可以是柱身不仅能够承受住梁的剪力，还能够承受其传递的弯矩力。此时，梁与柱之间的夹角在转动的过程中不会增大或减小；半刚性连接也就是柱身能够承受来自结构竖向的剪力与弯矩力，不仅如此，梁与柱之间的夹角虽然在转动的过程中会随之不断的改变，但是也会受到外界环境的限制。要想在高层建筑梁与柱节点进行刚性连接，使之达到理想的状态显然是不大实际的。

2.1 梁与柱节点的连接对其极限承载力的要求

钢框架结构是高层建筑中常见的一种结构形式，在其施工过程中，施工人员一般都会采用柱贯通型来对其进行设计。为了是钢结构达到抗震效果，施工人员需要对钢框架与钢支撑采用刚性连接的方式进行连接。在实际工作中，我们可以采用两种方法进行连接：首先，可以直接将梁与柱连接起来；其次，可以在柱上通过焊接的方式来处理短梁，并使梁与短梁相互拼接。一般来说，如果对于钢结构制作要求高，那么我们才会选择后一种方法进行连接。

由上所述，我们需要对钢结构的翼缘采用全熔透焊缝方法，并且会提供给梁柱相应的极限受弯承载力，要求这一承载力高于梁的受弯承载力的2倍；钢结构的腹板采用刚强度螺栓连接之后会向梁柱提供相应的极限受剪承载力，此时要求其承载力高于梁跨与受弯承载力相对应的受剪承载力的2倍左右，同时也要高于两腹板的受剪承载力。

2.2 梁与柱连接节点的抗震构造

梁与工字形截面柱的翼缘或箱形截面柱直接连接时，应符合下列抗震构造要求：梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝，8度乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧度，其恰帕冲击韧度在-20℃时不低于27J；柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，加劲肋的厚度不小于梁翼缘的厚度，6度抗震设防时，可以通过计算适当减小加劲肋的厚度，但不小于梁翼缘厚度的一半；梁腹板采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接。

3 次梁与主梁连接节点的设计

梁在工地的拼接，主要用于柱带悬臂梁段与梁的连接，其拼接形式有：翼缘采用全熔透焊缝连接；腹板用摩擦型高强度螺栓连接，翼缘和腹板均采用摩擦型高强度螺栓连接；翼缘和腹板均采用全熔透焊缝连接。

次梁与主梁的连接宜采用铰接连接，按次梁的剪力设计，并考虑连接偏心产生的附加弯矩，可不考虑主梁受扭。

抗震设防时，为防止框架横梁的侧向屈曲，框架横梁下翼缘在节点塑生区段应设置侧向支撑构件。由于梁上翼缘和楼板连在一起，所以只需在互相垂直的主梁下翼缘设置侧向隔撑，此时隔撑可起到支撑两根横梁的作用。

4 结语

目前，鋼结构在我国建筑工程中得到了广泛的应用，但尽管如此，由于其还处于发展阶段，实践经验不足，因此在实际工作中，我国还需要根据其特点制定相关法规，然后在此基础上建立大量优质的高层建筑，满足人们的需求，促进社会经济的健康发展。相信在未来的社会发展中，钢结构还会不断改善与发展，从而促进建筑事业的快速发展，

参考文献

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