浅析钢结构节点抗震设计的问题

【摘要】本文针对高层及多层钢结构节点设计中容易忽略的一些问题进行分析。

【关键词】钢结构；节点设计；抗震

1.节点抗震设计的原则

在钢结构设计工作中,连接节点的设计是一个重要环节。为使连接节点具有足够的强度和刚度,设计时应合理地确定连接节点的形式和方法。目前,节点有非抗震和抗震设计之分,非抗震设计可以按照组合内力来设计节点,抗震设计则不宜这么做,抗震规范上对节点抗震设计有一系列的要求,显然按照组合内力来设计节点是不能满足这些要求的。以刚性连接的梁拼接节点为例,如将梁翼缘的连接按实际内力进行设计,则有损于梁的连续性,可能使建筑物的实际情况与内力分析模型不相协调,并降低结构延性。因此,对于要求有抗震设计的结构,其连接节点应按构件截面面积的等强度条件进行设计。

进行设计时,首先应判定所设计的节点有无抗震要求。对于抗震结构,为了保证其安全,节点的承载力应大于构件的承载力(《钢结构连接节点设计手册》1-3)，“强节点、弱构件”的设计理念应是工程师遵循的基本原则。《建筑抗震设计规范》表5.4.2中规定结构构件的截面抗震验算应满足下式:S≤R/yRe。其中,S为结构构件内力组合的设计值；R为构件承载力设计值；yRe为承载力抗震调整系数。强节点、强连接的重要性由此可见。

钢框架体系梁柱连接节点的基本设计原则是:节点必须能够完全传递被连接板件的内力,在强震作用下节点能够发挥材料的塑性,保证结构在梁内而不是在柱内产生塑性铰,以消耗地震输入的能量。

基于制作简便及经济性等因素,国内钢框架体系的梁柱节点主要采用全焊式或栓焊式连接,其最大承载力应符合下列要求:

Mu≥1.2Mp(《建筑抗震设计规范》8.2.8-1),

Vu≥1.3(2Mp/l)且Vu≥0.58hwtwfay(《建筑抗震设计规范》8.2.8-2)。

公式中Mu，Mp，Vu的计算见图1。

Mp=[bf·tf(h-tf)+twh2/4]fy,

Mu=bf·tf(h-tf)fu。

图1 梁截面尺寸及应力图