装配式钢结构梁柱连接节点研究

李建斌

（山西省工业设备安装集团有限公司，太原030000）

1 引言

钢结构是一种现代时期出现的建筑施工方式，其对施工技术的要求较高，因此，目前我国大部分建筑使用的仍然是传统的混凝土建筑结构。但是，随着我国基础建设的发展，越来越多的建筑开始采用装配式钢结构，钢结构建筑的独特优点使其在民用建筑市场开始受到欢迎。可以预见，在未来，装配式钢结构建筑将成为我国建筑施工的主要方式之一，因此，研究关于装配式钢结构梁柱节点的连接方式对提升我国建筑施工水平有重要意义。

2 钢结构与装配式钢结构

装配式建筑与钢结构建筑是2 种完全不同的概念，相较于混凝土结构，钢结构是天然的装配式结构，但并非所有的钢结构建筑都是装配式建筑。传统的钢结构建筑中，梁柱的连接通常采用焊接的施工方式，但使用焊接施工容易使梁柱的焊缝处产生较大的应力，严重时会导致梁柱断裂。而装配式钢结构中不存在焊缝，稳定性更好。同时，装配式钢结构使用的零部件可以通过工厂批量化生产，在施工现场直接进行组装。这种方式不但可以提升施工速度，还便于建筑的拆卸，并且可以对拆除的钢材进行再次利用，因此，也是一种非常环保的施工方式。

3 装配式钢结构中梁柱节点的设计原则

3.1 强柱弱梁

所谓强柱弱梁，即设计钢结构的梁柱时，将柱体作为主要承重结构，使梁部受力较小。因此，柱体要有足够的承载力，通常可以通过增加柱体的截面面积提高柱体的承载力。在外力一定的情况下，增加柱体的截面面积可以减小柱截面单位面积内承受的作用力，从而提高柱体的承载力。但是，柱体截面过大可能会影响房屋内的可利用面积，因此，进行结构设计时，应根据房屋的面积、结构形式以及柱体的实际承重需求决定柱体的截面尺寸[1]。

3.2 强节点弱构件

节点是连接装配式钢结构中各构件的主要部位，节点的体积虽小，但是，由于其连接了大量的钢制构件，是受力的关键点。节点承受的作用力可分为剪切力、扭转力和轴向力，复杂的受力体系会给节点带来一定的负担，倘若节点的强度不足，可能会导致该节点连接失败，影响装配式钢结构的承重能力。因此，进行节点与构件施工时，应强化节点，保证节点的承受力。同时，应在不影响施工效果的前提下弱化钢制构件，减小节点的受力，增强节点的稳定性。

3.3 节点域

节点域的处理是装配式钢结构中一个非常重要的环节，节点域会承受来自多个不同方向的构件的作用力，因此，节点域成为装配式钢结构中非常容易损坏的部位，也是我国装配式钢结构设计中容易忽略的部位。当节点域承受过大的作用力时，有可能出现结构断裂的问题[2]。因此，设计节点域时，应使其保持一定的可塑性，塑性形变可以在一定程度上抵消来自不同方向的力，增强节点域的稳定性。

4 装配式钢结构梁柱节点连接方式

4.1 “工”字型柱与梁柱的节点连接

悬臂端梁式连接如图1 所示。这种方式也是较为简单的一种连接方式，所需的各种材料与零件可以在工厂中生产，运输到施工现场后可直接进行拼接安装。在该连接方式中，悬臂梁的悬臂长度与拼接板的厚度会影响节点的稳定性，因此，设计过程中，应合理确定梁端的悬臂长度以及拼接板的厚度，以保证连接阶段的刚度和稳定性。

钢框架与梁柱板之间的连接方式由ShiY 提出，通过对钢框架与梁柱板之间的连接关系，建立了可以计算弯矩与转角的非线性方程。在实际设计过程中，可以使用此方程对钢框架与梁柱板之间的连接进行建模，对于保证设计的合理性有很大的帮助[3]。

可变梁高的梁柱节点连接，该连接方式的节点由T 型构件与L 型构件组合而成。其中，L 型构件的主要作用是承载节点所受的多种形式的作用力，因此，L 型构件的厚度对节点的承载性能有很大的影响。而T 型构件主要起固定作用，不直接参与承载力，因此，T 型构件的强度对节点的性能没有直接的影响。

图1 悬臂端梁节点连接示意图

提升节点性能的关键在于节点的下端板，一般来说，下端板的形状、厚度、外部伸长、腹板、螺栓的承载力等都可以对节点的承受力的性能造成影响。因此，设计过程中，要保证节点的承载力，要合理确定上述的几个指标。

4.2 钢管柱与梁柱的节点连接

圆柱与套筒的连接如图2 所示。该连接方法以悬臂端梁为基础，可以通过调整外部套筒的厚度实现对节点承载力的动态调整，适合应用在某些具有特殊要求的建筑结构中。

图2 圆柱套筒连接示意图

端板式梁柱连接。这种方式包含焊接、栓接与混合连接3 种方式，其优点在于施工过程简单易行，且非常节省时间，可以提升施工效率，适用于高层建筑施工。这种连接方式常见于对城市中高层住宅、商业楼、写字楼等建筑的施工施工与维修。

外套管式连接。这种连接方式的节点为“十”字型结构，外套管的管壁厚度会对节点性能产生影响。当管壁厚度在合理范围内时，节点的承载力会随着管壁厚度的增加而增加，但当管壁过厚时，反而会导致因套管过重影响节点的性能。

内套管式连接。这种连接方式较为烦琐，施工周期较长。该方式可以有效保证节点的各项性能。一般来说，在实际施工时，会选择将内套管壁的厚度调整为约大于柱壁厚度2mm，此时的节点承力效果最佳。

5 结语

本文对装配式钢结构中梁柱节点的连接进行了研究。在进行装配式钢结构的梁柱节点连接时，应注意强柱弱梁、强节点弱构件和重视节点域的原则，另外，介绍了几种工字型和钢管柱的梁柱节点连接方案，期待能为提升我国装配式钢结构的施工水平提供帮助。