钢结构主厂房连接节点优化设计

章荣辉 王光

钢结构主厂房连接节点优化设计

章荣辉 王光

当今科学技术带动社会经济迅猛发展，钢结构技术也得到了广泛的推广及应用，这使得钢结构主厂房连接节点设计也逐步得到关注，我们应该进一步做到科学性的节点连接设计，因为这直接的影响着钢结构本身的稳定性。文章就是在此基础上对钢结构主厂房的连接特征进行深刻的剖析，通过对大量的钢结构优化设计以及标准化使得钢结构的制作更加高效，连接节点的优化设计旨在提高生产效率，降低生产成本，带动社会经济发展。

在整个钢结构的设计过程中，钢结构主厂房连接设计就显得尤为重要，连接点的安全性是保证整个钢结构整体性能与可靠性能的重要因素，直接关联着制作安装的整体的质量和进度控制，甚至整个建设周期的及成本。综上我们对钢结构主厂房的连接节点的设计深化需要更透彻，为今后的钢结构项目奠定坚实的基础。

钢结构主厂房基本特征

通常进行钢结构设计时需要注意到计算模型中的钢结构的连接方式，以及钢结构的传力方式，这样才能对整体结构的受力模型进行简化，此过程一般是采用相关的软件进行操作。经研究发现，依据传力特征的差异性大致可将节点连接的方式分成刚接、铰接以及半刚性连接。

刚性连接形式的刚度与优缺点。刚性连接节点的强度以及刚度相对其他类型较高，经过多次测试，受力性能很好，但是施工难度较大，而且构造较为复杂。在钢结构大梁板连接节点设计过程当中，通常采用的是刚接形式进行连接，主要的原因在于大板梁的加工制作过程中，承受的荷载较大，风险系数较大。

：铰接连接形式的刚度与优缺点。铰接连接节点的柔性偏大，钢梁仅需在腹板处采用高强螺连接，上下翼缘无需进行现场焊接，而且铰接的构造形式相对简单，可以在很大程度上简化现场的安装以及操作流程，大大的降低了现场的劳动量。这种方式不仅不会受到天气的影响，还大幅度的提高了钢结构的安装速度，但缺陷就是刚度和耗能较差并不利于整体结构的抗风和抗震。

半刚性连接形式的刚度与优缺点。半刚性连接节点的刚度和强度一直处于铰接连接与刚性连接之间的，目前我们对半刚性连接节点的研究还不透彻，无法测算出其刚度值，也不能具体进行方案设计，节点的转动刚度无法确定，因此在现场的操作中并不采用此类连接方式。

经过大量实验研究发现，如果将连接作为理想刚接或是铰接，就可以大大的简化计算过程，但获得的计算结构和现实情况差距仍然较大，我们主要采取调整系数的来做到降低误差的影响。

钢结构主厂房结构分析及节点的设计原则

我们以电力厂房的大板梁的加工制作过程为实例进行分析，主厂房是由汽车机房、除氧间、煤仓间三部分构成，而且是全部的钢结构框架式厂房。在进行节点设计时，对于起支撑作用的主节点，我们考虑到即使支撑杆件内力较小，也应该做到支撑杆件承载力设计值的二分之一；对于大板梁的铰接节点来说，即使大板梁的剪力较小，也应按照梁腹板的净截面面积的抗剪承载力的设计值的二分之一来进行连接设计测算。此外还需考虑到的是，对于大板梁的刚性连接节点，需要按照大板梁的截面抗弯以及抗剪的承载力设计值进行节点设计，要单独增加抗震处理，以此来减少支撑压杆计算长度的次支撑。

对钢结构主厂房连接节点的进行优化设计采取的措施

：高强螺栓进行连接。根据设计和受力要求的差异，我们将高强度螺栓分为承压型和摩擦性两种，通常在进行摩擦型高强度螺栓连接的抗剪设计时，我们以外剪力能够提供的最大摩擦力为依据，这样就可以避免构件之间发生滑动导致变形。如果是进行承压型高强度的螺栓连接设计，只需考虑正常荷载作用环境下剪力低于最大摩擦力的情况。摩擦力可表现为动力也可表现为阻力，这里就是动力的表现，在进行承压型高强度螺栓连接时，要保证承载力小于摩擦性连接形式的1.3倍以此保证安全性与可靠性。规定结构的平均荷载系数约1.3，荷载标准值的情况下，满足这个要求的承压型高强度螺栓就不会出现滑动了。

：全焊接点进行连接。全焊接点连接是一种在当前的高层钢结构工程中应用较广泛的一种大板梁连接形式，这种方式连接比较方便，而且可以在一定程度上节约原材料，整体的刚性相对较大，在抗弯的钢结构中作用尤为突出。人们普遍认为，大板梁加工制作的焊接点具有良好的韧性，可以采用塑性变形吸收地震的效力，以此来维持结构的稳定性能。

为了保证结构刚度不在增大，我们一般会在接头处做些调整，合理的增加节点，这样就可以保证一旦出现失稳时，适当的削弱梁板，在大板梁上就可以形成塑性铰。在操作过程中，应做到尽量的减少结构和焊接处应力集中，除此以外，为不减小腹板的连接强度，要适当的增加工艺孔，这样可以为焊接的操作过程提供更多便利，以此达到提高焊接的质量的目的。

钢结构主厂房连接节点优化设计大板梁的制作与加工

：大板梁模板的选取。大板梁的选择十分重要，必须要有足够的强度、刚度以及稳定性能，要能够做到可以承载混凝土的侧压力才能进行下一步的施工，这种荷载通常被称为施工荷载，大板梁的侧模进行选择时一般选用厚度较大的钢模，端部模板制作也应保证锚定垫板的方向垂直于钢绞线。

：大板梁模板的安装。未尽量的避免模板接缝时出现漏浆以及尺寸偏差较大，我们在进行模板的连接时一般采用螺栓连接并且加入泡沫胶，胎膜的侧边粘贴泡沫胶之后将模板与胎膜的侧边紧贴，然后用预埋的螺杆进行再次固定，模板的上方需要放置与胎膜同宽的钢筋或者是木条等来作为顶杆，将侧模拉紧，端模固定于侧模，锚垫板灌浆口朝上固定在端模上。

大板梁的混凝土浇筑。在进行大板梁的混凝土浇筑之前，需要仔细的检查钢筋的品种、规格、数量等于设计要求是否相符，绑扎是否牢固，垫块数量是否足够，模板的尺寸强度刚度稳定性以及接缝是否严密，严禁出现模板内部存有杂物，积水，钢筋上有污渍等现象发生，出现时及时处理。

：大板梁的养护与拆模。大板梁的养护可以采用外涂养护剂或铺设麻袋等覆盖物来进行洒水养护，要做到大板梁的顶面以及侧面始终保持湿润状态。在此过程中，昼夜温差较大，有可能会出现热胀冷缩的现象，也极有可能导致大板梁的开裂，所以在进行露天施工时，需要进行搭设遮阳以降低温差变化带来的不良的影响。

目前我国大规模的钢结构的应用进一步的加深了对钢结构的特性的了解，钢结构的节点设计影响着整个的施工群过程与经济效益，各企业积极的对施工机组的性能进行统计和总结，对节点的设计提供了大量的基础数据，这样对我们进行下一步的研究和分析奠定了基础，也有利于我们在未来的研究课题中增强了信心。外模在拆除时，需要混凝土强度达到2.5MPa,这样才能保证在拆模时避免粘膜，混凝土不缺棱角为宜，以达到最大强度为目标。

综上我们在进行钢结构主厂房的连接节点优化设计时，要做到对钢结构的整体受力特点，适用受力条件等各方面的因素进行全面的考虑，对相关性的问题进行深入细化，做到理论与实际相结合的基础上进行合理化的设计，来保证整体钢结构在受力时安全高效合理，因此这就要求结构设计人员必须做到熟练掌握结构的受力特点。

上海建工（江苏）钢结构有限公司）