钢结构节点设计:国标与美标计算及构造要求的差异

   日期:2024-08-14     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:364    
核心提示:1.钢结构节点设计当然,节点必须满足承载力要求,其组成元素包括:结构构件、焊缝、螺栓、加筋板件、连接板等,均需满足相应的计算及构造要求。假设主次梁铰接的连接板受到剪力作用。依旧以上面主次梁铰接为例,在受到剪力作用时,连接板需要验算发生块剪切时的强度。

1.钢结构节点设计

节点设计在钢结构设计中起着举足轻重的作用,合理的连接形式直接决定了结构是否能在力学模型中按照预期清晰地传递力。另外,为了满足施工现场的安装要求,节点连接形式也是很有讲究的。当然,节点必须满足承载力的要求,其组成部件包括:结构构件、焊缝、螺栓、加强板、连接板等,均需满足相应的计算和施工要求。

对于国标来说,除了焊缝、螺栓、连接板等简单的计算(计算形式比较简单)以外,结构方面的内容比较多,一般可以参考《钢结构规范》和《节点设计手册》。对于美标来说,发现各种节点形式以计算为主,施工为辅。美国钢结构协会出版了大量关于节点设计的规范和手册。以连接板为例钢结构节点板设计,基本上各种形式都有计算参考。

2. 国标与美标计算参数差异

美国标准体系庞大,节点设计非常复杂,一个连接节点的计算可能要依据好几份规范和手册。与国标相比,美国标准在很多方面都更加详细,节点施工要求和计算公式差别很大。国内单位设计国外美标工程,一般都是将国内材料加工包装后发往国外。现通过板材计算实例,简单说明如何用美国标准计算国内材料。

2.1 参考规格

钢结构设计规范(GB50017-2003)

GB-T1591-2008(低合金高强度结构钢)

结构钢建筑规范 ANSI/AISC 360-10

2.2 强度设计值

国家标准板材强度设计值,以Q345B板材为例,参考国家标准《钢材代码》表3.4.1-1。

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美国标准中并没有国家标准中所谓的“设计值”,而是直接用屈服强度Fy和极限抗拉强度Fu通过各种公式计算板材的强度。比如我要验证板材的拉伸屈服强度和拉伸撕裂强度:

a.板材抗拉断面屈服强度计算公式为Fy,对于涉及不同板厚的国产材料,应采用不同的屈服强度,见GB-T1591-2008(低合金高强度结构钢),表6【使用土优木APP可直接搜索】

b. 板材的净拉伸撕裂强度采用公式Fu计算。

注:φ(LRFD)和Ω(ASD)为美国标准中不同的荷载组合设计方法,不同的设计方法,板材设计强度Rn需乘以相应的系数。其中LRFD设计方法与国标荷载组合基本等效,因此板材毛截面屈服强度Rn需乘以系数0.9,即0.9Fy*毛截面面积钢结构节点板设计,与国标设计值f*毛截面面积基本相等。

2.3 常见牌照验证公式

2.3.1 国标第7.5章连接板的校核(剪力计算、拉力计算)

对于上述国标公式7.5.1-1,为了简化计算,国标将拉、剪效应产生的拉、剪应力统一通过拉、剪系数来表达;在下文与美标对比验证块体剪力时,对拉、剪设计值进行了区分!

2.3.2美国标准中连接板的验证:

2.3.2.1 板材总截面拉伸屈服和净截面拉伸撕裂

2.3.2.2 板总截面剪切屈服和净截面剪切撕裂

假设主、次梁铰接处的连接板受到剪力。

需要校核板材毛坯截面的剪切屈服强度:

0.6Fy*Agv(毛截面积,等于315*10)>V;

还需验算板材净截面的撕裂强度:

0.6Fu*Anv[净截面积,等于(315-24*4)*10]>V

2.3.2.3 块状剪切发生在板材被剪切时

仍以上述主次梁铰接连接为例,在受到剪力作用时,需要对发生块剪切时连接板的强度进行验算。

取:垂直于剪切力方向的板材抗拉强度+剪切力方向的板材剪切屈服强度与净截面剪切撕裂长度折减值>V,即:

2.3.2.4 板材的抗压屈曲强度

受压板:K(计算长度系数)*L(板长)/r(板旋转半径),即当受压长细比小于25时,不考虑受压失稳,板的抗压强度为Fy*Ag(毛截面受压面积)。否则,需要考虑受压失稳,采用E章受压构件计算公式。

3. 节点示例

最近计算了一些节点,随意列了几个截图示例:

支撑和横梁

柱顶滑动梁

梁柱连接

典型支撑节点

刚性柱底座节点

不难看出,以上节点使用一些软件和工具箱进行实际计算时,很难符合要求。因此,对于节点设计,合理使用规范和手册,手工绘制和计算是极其必要的。另外,正确使用美国标准的一些计算方法来设计节点,也可以弥补国家标准的一些不足。

 
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