试谈建筑钢结构节点设计要点

摘要：随着我国社会的进步和经济的发展，钢结构的应用也越来越广泛。对于多数的设计单位而言，钢结构还是相对陌生的工程领域。与混凝土结构相比较，钢结构有其自身的特点，尤其是与稳定相关的概念和计算是钢结构设计的要点。

关键词：建筑;钢结构;节点;设计;要点

引言

众所周知，在建筑施工中，钢结构施工技术的应用至关重要。对钢结构施工要点进行分析，有利于建筑工程施工质量的提升，有利于建筑结构的优化与发展。

一、建筑钢结构施工特点分析

第一，钢结构的应用涉及到了大量的建筑构件，所以与混凝土结构的应用相比，占用的施工现场面积更小;第二，建筑施工中在钢结构的应用方面有着较高的要求，所以必须要加强钢结构测量以及焊接等工艺的控制;第三，建筑的竖向荷载包含自重荷载与楼面荷载两方面，而建筑材料与建筑体积直接决定着建筑结构的自重荷载。而建筑因为楼层多，需要使用大量的建筑材料，所以其自重荷载更大。另外，建筑能够容纳的人流量与物品也非常多，所以其楼面荷载也远超于普通建筑。而这就对于建筑结构的基础设计提出了更加苛刻的要求;第四，缺乏较强的抗侧移能力。因为建筑的楼层较高，所以也需要承受更大的风荷载作用。在这种情况下，建筑底部的弯矩就会偏大。再加上建筑缺乏较强的抗震能力，只有加强建筑顶部最大侧向位移与不同楼层之间最大层间位移的控制，才能够为建筑工程的施工质量不受影响;第五，建筑的施工建设以高空作业为主，所以对于安全生产系统的完善性要求更高。而且，高空作业还需要使用到大型的起吊设备和升降器械，所以与普通建筑工程的施工相比，施工难度更大、施工风险更高、施工成本也更高。

二、钢结构设计在建筑结构设计中的必要性

钢结构指的是利用焊接、热轧、冷弯等加工技术处理钢板，使其能够成为建筑所需的钢型。轻钢和重钢是钢结构的两种主要类型，两者具有不同的优点，可结合实际情况应用在适宜的地方。轻钢由于自重较轻、所占面积较小，在跨度较小的建筑项目中得到大力推广。重钢的自重虽然比轻钢重，但比钢筋混凝土轻，常常被用于具有较大跨度的建筑物之中。钢结构设计作为建筑结构设计中至关重要的组成部分，对建筑的稳定性和安全性具有不可忽视的影响。钢结构设计涉及到多个环节，任何一个环节的不当便会影响整体。钢结构设计的好坏会直接影响到建筑物的质量和品质，甚至还会影响建筑行业的整体发展以及钢结构制造业的发展。因此，结构设计人员要重视钢结构设计，利用扎实的理论基础和丰富的实践经验完善和优化钢结构设计。钢结构设计涉及到几何层面的知识，对工作人员的专业技能具有较高要求，在设计时具有一定的难度和挑战。结构设计人员在设计钢结构时，要严格遵守设计规划，以建筑项目的施工性质以及工程图纸为设计导向，将钢结构的每一个设计要点落实到位，明确整个结构的立体形象，并绘制出相应的设计图纸，将钢结构设计的质量问题放在首位。高品质的钢结构设计离不开具有扎实理论基础与丰富工作经验的专业人才。钢结构设计涉及到多个环节，每一个环节环环紧扣，任何一个环节的偏差将会影响整体效果和质量。整体是由部分组成的，关键部分对整体具有决定性作用。结构设计人员在设计时要重视每一个环节以及每一个构建，将每一个细节落实到位，保证构件的安装质量，避免在建筑工程后续施工环节出现安全事故或产生安全隐患。

三、建筑钢结构节点设计要点

本文选择以某地区的大型建筑为例。该建筑的总占地面积超过86000m2，建筑基础为典型的桩基础。建筑结构为钢结构，且其平面尺寸长度超过460m，为了避免出现建筑结构单体长度过长，导致结构受力十分复杂，设计人员提出需要将建筑本体和其下混凝土结构、停车楼、超市等相分离，同时设置分隔缝，将其划分成低、中、高三个区域。三个区域的平面尺寸依次为150m×150m、151m×（150～120）m、170m×（120～100）m。该建筑结构的最低与最高立面高度分别为40m与120m。在建筑的高区，其最大高差超过85m，楼面倾角超过25°，两侧结构具有较大水平刚度差。高区采用由钢筒体、框架梁柱等共同构成的框架结构。侧面大桁架的支撑力来源于设置在高区左侧两端的混凝土筒体，该混凝土筒体同时需要承担竖向荷载。中区跨度介于120～150m，低区跨度为150m，中区与低区均采用横纵桁架相结合的钢结构体系。

（一）框架柱的交叉节点

工作人员要从工程实际出发，针对建筑钢结构中的各关键节点对其进行优化设计。如本工程中，巨柱之间相互连接时形成了众多呈“X”形的交叉节点，在该类节点处有6根杆件进行相互连接，构件截面尺寸最大可以达到1800mm×1800mm，节点板厚度最大值超过50mm。因此，选择将栓焊连接节点作为铸钢节点显然并不适用，为了有效增强节点区承载力，使其能够至少达到构件承载力，工作人员通过将通长纵向加劲肋与适量横向加劲肋，一并增设在节点内部，以此有效达到节点强化的效果。通过将适量具有一定厚度的加劲肋设置在节点杆件“X”形交叉位置处，可以使得交角处的倒角在一定程度上得到有效增加，配合使用增加设置加劲板等方式，可以进一步实现节点加强的效果。在本建筑项目中，为了实现钢结构节点连接的安全可靠，同时有效降低现场施工难度，工作人员最终在连接巨柱交叉主杆件时，设计使用全熔透焊接连接的方式，并要求焊接質量等级达到一级。在分肢连接中需要使用强度等级达到10.9级的高强度螺栓，以此有效保障连接的紧固度与安全可靠性。

（二）桁架连接屋面节点

本建筑高区转换楼面和屋面的中间位置处设有抗风桁架，其倾角为70°，总长度超过20m。在结合工程实际，并参照相关设计规定要求下，工作人员在连接屋面和抗风桁架的节点设计中，选择使用销轴连接的方式，销轴直径为60mm。在上销轴中使用长圆孔，使得在重力荷载作用下的轴力可以得到有效释放，从而有效减小屋面桁架下弦所需承受的荷载。为有效提升节点连接强度，工作人员选择使用40Cr材质的销轴，这主要是由于该种材质具有良好的耐磨损性能，且硬度相对较高。此外，工作人员还通过将两道厚度为20mm的加劲肋加设在耳板位置处，进而在有效控制耳板厚度的同时，也可以使得耳板局部具有更好的安全稳定性。

（三）固接柱脚

GB50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）的8.2.8的第5条规定，柱脚与基础的连接极限承载力应满足公式：

式中，Mu，base为柱脚连接的极限承载力;ηj为连接系数，根据该规范表8.2.8，ηj的值对于埋入式柱脚为1.2，外包式柱脚为1.2，外露式柱脚为1.1;MPc为底层钢柱的塑性受弯承载力：MPc=fyWPc;fy为柱子材料屈服强度;WPc为柱子的塑性截面抵抗矩。

结语

总而言之，在建筑工程楼层越来越高、施工规模越来越大的发展形式下，混凝土结构的应用表现出了一定的滞后性。而强度更高的钢结构开始在建筑工程的施工过程中应用，并发挥出了非常突出的优势。但是，只有加强建筑钢结构施工要点的控制，才能够有效提升建筑钢结构的施工质量，促进建筑施工技术的发展与进步。

参考文献：

[1]康金亮.建筑钢结构施工技术要点探析[J].建筑工程技术与设计，2019，（30）：1428.

[2]孙浩文.浅谈钢结构建筑的施工控制要点[J].建筑工程技术与设计，2019，（30）：1235.

作者简介：

陆景园，蚌埠清泉水技术设计咨询有限公司。