深入解读建筑抗震设计规范:钢梁与钢柱刚性连接探讨

   日期:2024-08-03     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:766    
核心提示:1)按梁柱刚性连接方向的不同,可分为钢梁与钢柱强轴刚接、钢梁与钢柱弱轴刚接,如下图所示。其中只有H形钢柱存在弱轴刚性连接,其余H形钢柱的强轴、十字形钢柱、箱型钢柱均可归为强轴刚性连接。《高钢规》第8.3.1条,框架梁与柱的连接宜采用柱贯通型。在互相垂直的两个方向都与梁刚性连接时,宜采用箱形柱。

《建筑抗震设计规范(2016年版)》(GB 50011-2010),以下简称《建筑抗震设计规范》;

《钢结构设计标准》(GB 50017-2017),以下简称《钢结构标准》;

《高层民用建筑钢结构技术规范》(JGJ 99-2015),以下简称《高层民用建筑钢结构技术规范》;

《多层民用建筑钢结构节点结构细部》(16G519),以下简称“结构细部”。

考虑到实际工程中钢梁、钢柱常见的截面形式,本文主要讨论H型钢梁与H型钢柱、十字形钢柱、箱型钢柱之间的刚接连接。

1)根据梁、柱刚接方向不同,可分为钢梁、钢柱强轴刚接和钢梁、钢柱弱轴刚接,如下图所示。其中,仅H型钢柱为弱轴刚接,其余H型钢柱、十字形钢柱、箱形钢柱的强轴均可归为强轴刚接。

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2)根据钢梁、钢柱端部焊接位置不同,又可分为现场焊接和工厂焊接,如下图所示。现场焊接即现场焊接;工厂焊接是将钢梁端部的悬臂梁段在工厂预先焊接到钢柱上钢结构刚性连接,然后在现场进行钢梁拼接。参考朱秉银著作《建筑结构设计与分析问答》中采用悬臂梁段后,悬臂梁段与柱子均采用满焊。工厂焊缝可以翻边焊接,因此焊缝质量有保证,可以自动满足《抗震规范》第8.2.8条的要求;而梁梁拼接接头不属于梁与柱的连接,当然也不需要满足《抗震规范》第8.2.8条的要求,是按照梁的等强度接头设计的。

3)按钢梁腹板节点数量可分为单剪连接和双剪连接。如下图所示,单剪连接时,梁腹板节点为一块,预先用双面角焊缝与钢柱焊接在一起;双剪连接时,腹板节点为两块,其中一块预先用双面角焊缝与钢柱焊接在一起,另一块在现场用全熔透坡口焊与钢柱焊接在一起。

4)根据梁端加固方式不同,可分为梁翼缘膨胀式连接、梁翼缘局部加宽式连接、梁翼缘盖板式连接、梁翼缘板式连接、梁框架式连接,如下图所示。具体可参见《高钢规范》第8.3.4条第1至5款、《建筑图集》第24至26页、《防腐规范》第8.3.4条第4款。各规范及图集均规定了加固节点的详细构造尺寸。值得注意的是,《建筑图集》中钢梁翼缘加宽尺寸bs'标注有误,以《高钢规范》中的图示标注为准。

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5)根据梁、柱腹板连接形式的不同,可分为焊接连接和高强螺栓连接。如下图所示,采用焊接连接时钢结构刚性连接,钢梁用安装螺栓就位后,节点板与钢梁腹板在现场采用三面角焊缝焊接;采用高强螺栓连接时,节点板与钢梁腹板不采用焊接,只采用高强螺栓连接。

根据《防腐规范》、《高钢规范》及《结构图集》,编制梁柱刚接结构汇总表,如下图所示:

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1)不同节点板厚度对应不同的焊缝形式

《高钢结构规范》第8.3.3条规定:当板厚小于16mm时,腹板(连接板)与柱的连接焊缝可采用双面角焊缝,焊缝有效截面高度应满足受力要求,且不小于5mm。当腹板厚度等于或大于16mm时,应采用K型坡口焊缝。当设计强度为7度(0.15g)及以上时,腹板与柱的连接焊缝应采用环向焊接,环向焊缝在垂直部分的长度l应大于400mm,且应连续焊接。

2)箱形柱壁厚

根据防腐建筑规范第8.3.4条第2款规定,当柱与梁在两个互相垂直的方向上刚性连接时,宜采用箱形截面,并在梁翼缘连接处设置隔墙;当隔墙采用电渣焊焊接时,柱壁厚不宜小于16mm。若小于16mm,可采用工字形柱或贯通式隔墙代之。根据高钢建筑规范第8.3.1条规定,框架梁与柱连接宜采用贯通式柱。当柱与梁在两个互相垂直的方向上刚性连接时,宜采用箱形柱。当箱形柱壁厚小于16mm时,不宜采用电渣焊焊接隔墙。

3)钢柱水平加劲肋(隔板)厚度

《高钢结构建筑规范》第8.3.6条规定,当框架梁与柱刚性连接时,应在梁翼缘相应位置设置水平加劲肋(隔板)。对于按抗震设计的结构,水平加劲肋(隔板)的厚度不应小于梁翼缘厚度加2mm,其钢材强度不应低于梁翼缘钢材强度,且其外侧应与梁翼缘外侧对齐。

4)钢柱全焊透坡口焊缝范围

《防腐规范》第8.3.6条规定,当梁、柱为刚性连接时,梁翼缘上下500mm范围内的柱翼缘与柱腹板之间或箱形柱壁板之间的连接焊缝宜采用全焊透坡口焊。《结构图集》第14-15页规定,当柱宽大于600时,全焊透坡口焊范围为梁翼缘上下600mm,其余为梁翼缘上下500mm。如下图所示:

以上内容仅供参考交流,如有不恰当之处还望各位同事补充指正!

 
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