钢结构梁柱节点连接的优化研究
董学仁
【摘 要】在工程设计施工过程中，进行钢结构梁柱节点连接十分重要，其保证后续工作的正常进行，如果这一环节出现质量问题，工程将不能通过验收。通过大量的实践证明，在负载的情况下進行钢结构梁柱节点连接技术使用越来越多。下面就结合工程案例分析这方面的问题，希望给有关人士一些借鉴。
【Abstract】In the process of engineering design and construction， the connection of steel structure beam-column connections is very important， it could guarantee the normal follow-up work， if this link appears quality problems， the project will not pass acceptance. Through a large number of practice， the steel structure beam-column connection technology is more and more used in the case of load. The following analyses this problem combined with engineering cases， hoping to give some reference to the concerned people.
【关键词】钢结构；梁柱节点连接；优化措施
【Keywords】steel structure； beam-column connection； optimization measures
【中图分类号】TU393 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0151-02
1 引言
益民大厦工程位于乌鲁木齐市水磨沟区会展大道与苏州路东延交汇处，国际会展中心片区。益民大厦主要分为主楼B区为23层、辅楼A区为6层，地下室为2层，除此之外，A区和B区间设计了连接体C区，局部设计为3层，总建筑面积为194562平方米。屋面层高29米，C区为连接A、B两区的空中连接体，其平面形状呈不规则扇形，平面投影中，长约75米，最宽处约54米。
2 分析工程概况
2.1 分析工程中的钢结构情况
这一工程在A区设计为辅楼，除此之外，还设置了C区连接体的钢结构，主要作用是和A区钢骨柱、钢骨梁、屈曲约束支撑、中庭屋顶钢梁、C区连接体钢柱、钢梁、幕墙钢架进行连接。对于A区钢柱而言，在地下设置了40根，钢骨截面分为米字型、十字型、H型。对于劲性钢骨柱而言主要分为组合柱和单柱，钢柱底标高基本为基础底标高，部分底标高是-0.15米处。
2.2 分析A区楼层的钢梁设置情况
对于A区钢梁的设计而言，主要分布在内圈屈曲约束支撑、建筑外圈所处楼层的梁上，使用梁的截面型式是H型，长度是8.4米，部分长度是9.6米、6米。对于G1梁，要求分布标高为负2F～4F，钢梁截面尺寸为H500×500×50×50，使用的材质为Q345B，对于G2梁，要求分布标高为负5F～6F，钢梁截面尺寸为H800×400×30×30，使用的材质为Q345B，对于G3梁，要求分布标高为负5F～屋顶，钢梁截面尺寸为H800×300×30×30，使用的材质为Q345B，严格按照要求施工，如下图1。
3 分析对钢结构的深化设计
对钢结构进行深化设计时，包括很多不同类型的构件，而且连接节点非常复杂，所设计使用的构件截面形式各异，例如有十字型钢柱、H型钢柱、H型钢梁、圆管等，对于连接节点的类型而言更是众多，实际现场连接的工作量大，给现场施工人员提出了很大的挑战。[1]在施工过程中存在屈曲支撑，在具体施工之前，需要计算屈曲支撑和钢骨柱、梁、混凝土结构的连接节点，保证连接点的准确性，除此之外，相互之间存在很多的关联，为了解决这一问题，施工单位组建了具有实力的设计队伍，进行了专用软件的开发，在原有设计结构模型的基础之上深化设计，除此之外，在工作中和设计院保持着密切的联系，使用Tekla等软件进行专业设计，严格执行相关规范，确保节点深化设计的准确性。结合具体的设备、工艺等，使用国际常用的通用有限元程序SAP2000，MAIDASGEN作为验算程序来进行较核，使用电脑放样制作深化图纸，保证深化设计图纸的准确性。
4 分析对钢结构梁柱节点连接的优化
4.1 分析钢结构节点负载下加固方法
在连接过程中，如果在负载情况下进行加固，需要使用焊缝、螺栓等方式进行加固，但是在加固之前有必要将原有的连接拆除掉，为了保证施工质量，现场施工人员一定要科学使用施工工艺，并且做好对应的安全措施，在此基础上，通过利用相关公式进行核算，就可以提高钢结构的整体承载力，但是在相关的工程规程中有明确的规定，其中的规定是十分必要的，可以确保结构在负载下加固施工安全有序，加固后共同工作的可靠性。[2]钢结构节点的加固施工方法可分为以下三种：分别是负载下加固、卸载下加固、拆下加固。施工中为了不会对正常的生产、生活带来影响，在当前的工程中普遍使用功能钢结构节点负载下加固方法，不同方法使用的优势和缺陷如下：对于拆下加固施工方法而言，其承载能力过小，无法通过补强来加固，在使用中影响正常的生产和生活，而且施工比较复杂，施工工作量很大；对于卸载加固法而言，其应力过大或承受动荷载，不得不进行卸载，在使用中影响正常的生产和生活，但是施工比较方便，施工工作量较小；对于负载加固施工方法而言，不影响正常生产、生活，应力满足限值，在使用
中对初始应力有一定的要求，优势是施工方便，施工工作量较小。通过上述分析可以得知，这三种方式各有优缺点，但是针对这一工程而言，负载下加固方法比较适应，技术人员在具体应用中结合现实情况有针对性地进行优化，可以提高施工效率。
4.2 分析端板侧面的焊缝加固技术优化
梁柱都使用了焊接H型鋼，标准的梁截面尺寸是300×200×8×12，柱的截面尺寸是300×250×8×12，除此之外，柱翼缘在端板外伸边缘的两边100mm范围，进行了局部加厚，和端板厚度一致，都是20mm。使用的螺栓是10.9级M20摩擦型高强度螺栓，其余的零件使用的材料都是Q345B钢。结合相关规范，制定的焊角尺寸分别是11mm、9mm、7mm。设计的端板详细尺寸要符合要求，对于端板加劲肋这一位置设置为等边直角三角形，直角边长达到了100mm，设计厚度在10mm以上。
4.3 分析对梁翼缘盖板方面的加固技术优化
如果盖板的厚度没有达到设计要求，或者盖板的厚度过小，就不能达到预期的施工效果。如果设计盖板厚度过大，在焊接时就容易出现焊接预应力，对钢构整体结构产生很大影响，在这一工程中[1]，使用的梁规格为400mm×150mm×8mm×12mm、柱为450mm×250mm×12mm×16mm，属于H型钢，根据这些参数进行计算，使用的螺栓是10.9级M20摩擦型高强度螺栓，其余的零部件都是Q345B钢，使用的盖板长度为300mm[2]，设计的厚度分别是14mm、12mm、10mm。在负载条件下进行节点焊接加固过程中，必须满足应力比限值要求，但是在相关规范中对其限值要求有很大的差异，没有形成统一的标准，如果在加固过程中应力较大，降低加固质量，不能保证后续施工的安全性，如果加固应力比过小，导致负载加固时实际使用的截面变窄，但是相对而言后续施工比较安全。进行焊接加固施工中，可以增加焊角尺寸或盖板尺寸，但是没有明显提高加固之后的承载性能。由于增大了尺寸，也就增大了焊接的残余应力，所以不能过度加大盖板厚度，保证最终的连接质量。
5 总结
通过以上对钢结构梁柱节点连接的优化分析，发现在这方面的施工存在很多问题，避免处理好各个细节，否则影响整体的施工计划执行。对钢结构节点进行加固，考虑的因素较多，结合工程实际情况，选择好截面的尺寸、加固的类型十分必要，通过科学的分析，严格按照相关规范操作，精确进行计算，才能在这些方面做好位，提高这方面的施工水平，为企业以后的发展奠定基础。
【参考文献】
【1】谭芬香.钢结构梁柱节点连接的优化设计[J].低碳世界，2016（19）：192-193.
【2】黄亮.钢结构梁柱刚性连接节点优化研究[J].建筑工程技术与设计，2014（14）：114-115.
【摘 要】在工程设计施工过程中，进行钢结构梁柱节点连接十分重要，其保证后续工作的正常进行，如果这一环节出现质量问题，工程将不能通过验收。通过大量的实践证明，在负载的情况下進行钢结构梁柱节点连接技术使用越来越多。下面就结合工程案例分析这方面的问题，希望给有关人士一些借鉴。
【Abstract】In the process of engineering design and construction， the connection of steel structure beam-column connections is very important， it could guarantee the normal follow-up work， if this link appears quality problems， the project will not pass acceptance. Through a large number of practice， the steel structure beam-column connection technology is more and more used in the case of load. The following analyses this problem combined with engineering cases， hoping to give some reference to the concerned people.
【关键词】钢结构；梁柱节点连接；优化措施
【Keywords】steel structure； beam-column connection； optimization measures
【中图分类号】TU393 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0151-02
1 引言
益民大厦工程位于乌鲁木齐市水磨沟区会展大道与苏州路东延交汇处，国际会展中心片区。益民大厦主要分为主楼B区为23层、辅楼A区为6层，地下室为2层，除此之外，A区和B区间设计了连接体C区，局部设计为3层，总建筑面积为194562平方米。屋面层高29米，C区为连接A、B两区的空中连接体，其平面形状呈不规则扇形，平面投影中，长约75米，最宽处约54米。
2 分析工程概况
2.1 分析工程中的钢结构情况
这一工程在A区设计为辅楼，除此之外，还设置了C区连接体的钢结构，主要作用是和A区钢骨柱、钢骨梁、屈曲约束支撑、中庭屋顶钢梁、C区连接体钢柱、钢梁、幕墙钢架进行连接。对于A区钢柱而言，在地下设置了40根，钢骨截面分为米字型、十字型、H型。对于劲性钢骨柱而言主要分为组合柱和单柱，钢柱底标高基本为基础底标高，部分底标高是-0.15米处。
2.2 分析A区楼层的钢梁设置情况
对于A区钢梁的设计而言，主要分布在内圈屈曲约束支撑、建筑外圈所处楼层的梁上，使用梁的截面型式是H型，长度是8.4米，部分长度是9.6米、6米。对于G1梁，要求分布标高为负2F～4F，钢梁截面尺寸为H500×500×50×50，使用的材质为Q345B，对于G2梁，要求分布标高为负5F～6F，钢梁截面尺寸为H800×400×30×30，使用的材质为Q345B，对于G3梁，要求分布标高为负5F～屋顶，钢梁截面尺寸为H800×300×30×30，使用的材质为Q345B，严格按照要求施工，如下图1。
3 分析对钢结构的深化设计
对钢结构进行深化设计时，包括很多不同类型的构件，而且连接节点非常复杂，所设计使用的构件截面形式各异，例如有十字型钢柱、H型钢柱、H型钢梁、圆管等，对于连接节点的类型而言更是众多，实际现场连接的工作量大，给现场施工人员提出了很大的挑战。[1]在施工过程中存在屈曲支撑，在具体施工之前，需要计算屈曲支撑和钢骨柱、梁、混凝土结构的连接节点，保证连接点的准确性，除此之外，相互之间存在很多的关联，为了解决这一问题，施工单位组建了具有实力的设计队伍，进行了专用软件的开发，在原有设计结构模型的基础之上深化设计，除此之外，在工作中和设计院保持着密切的联系，使用Tekla等软件进行专业设计，严格执行相关规范，确保节点深化设计的准确性。结合具体的设备、工艺等，使用国际常用的通用有限元程序SAP2000，MAIDASGEN作为验算程序来进行较核，使用电脑放样制作深化图纸，保证深化设计图纸的准确性。
4 分析对钢结构梁柱节点连接的优化
4.1 分析钢结构节点负载下加固方法
在连接过程中，如果在负载情况下进行加固，需要使用焊缝、螺栓等方式进行加固，但是在加固之前有必要将原有的连接拆除掉，为了保证施工质量，现场施工人员一定要科学使用施工工艺，并且做好对应的安全措施，在此基础上，通过利用相关公式进行核算，就可以提高钢结构的整体承载力，但是在相关的工程规程中有明确的规定，其中的规定是十分必要的，可以确保结构在负载下加固施工安全有序，加固后共同工作的可靠性。[2]钢结构节点的加固施工方法可分为以下三种：分别是负载下加固、卸载下加固、拆下加固。施工中为了不会对正常的生产、生活带来影响，在当前的工程中普遍使用功能钢结构节点负载下加固方法，不同方法使用的优势和缺陷如下：对于拆下加固施工方法而言，其承载能力过小，无法通过补强来加固，在使用中影响正常的生产和生活，而且施工比较复杂，施工工作量很大；对于卸载加固法而言，其应力过大或承受动荷载，不得不进行卸载，在使用中影响正常的生产和生活，但是施工比较方便，施工工作量较小；对于负载加固施工方法而言，不影响正常生产、生活，应力满足限值，在使用
中对初始应力有一定的要求，优势是施工方便，施工工作量较小。通过上述分析可以得知，这三种方式各有优缺点，但是针对这一工程而言，负载下加固方法比较适应，技术人员在具体应用中结合现实情况有针对性地进行优化，可以提高施工效率。
4.2 分析端板侧面的焊缝加固技术优化
梁柱都使用了焊接H型鋼，标准的梁截面尺寸是300×200×8×12，柱的截面尺寸是300×250×8×12，除此之外，柱翼缘在端板外伸边缘的两边100mm范围，进行了局部加厚，和端板厚度一致，都是20mm。使用的螺栓是10.9级M20摩擦型高强度螺栓，其余的零件使用的材料都是Q345B钢。结合相关规范，制定的焊角尺寸分别是11mm、9mm、7mm。设计的端板详细尺寸要符合要求，对于端板加劲肋这一位置设置为等边直角三角形，直角边长达到了100mm，设计厚度在10mm以上。
4.3 分析对梁翼缘盖板方面的加固技术优化
如果盖板的厚度没有达到设计要求，或者盖板的厚度过小，就不能达到预期的施工效果。如果设计盖板厚度过大，在焊接时就容易出现焊接预应力，对钢构整体结构产生很大影响，在这一工程中[1]，使用的梁规格为400mm×150mm×8mm×12mm、柱为450mm×250mm×12mm×16mm，属于H型钢，根据这些参数进行计算，使用的螺栓是10.9级M20摩擦型高强度螺栓，其余的零部件都是Q345B钢，使用的盖板长度为300mm[2]，设计的厚度分别是14mm、12mm、10mm。在负载条件下进行节点焊接加固过程中，必须满足应力比限值要求，但是在相关规范中对其限值要求有很大的差异，没有形成统一的标准，如果在加固过程中应力较大，降低加固质量，不能保证后续施工的安全性，如果加固应力比过小，导致负载加固时实际使用的截面变窄，但是相对而言后续施工比较安全。进行焊接加固施工中，可以增加焊角尺寸或盖板尺寸，但是没有明显提高加固之后的承载性能。由于增大了尺寸，也就增大了焊接的残余应力，所以不能过度加大盖板厚度，保证最终的连接质量。
5 总结
通过以上对钢结构梁柱节点连接的优化分析，发现在这方面的施工存在很多问题，避免处理好各个细节，否则影响整体的施工计划执行。对钢结构节点进行加固，考虑的因素较多，结合工程实际情况，选择好截面的尺寸、加固的类型十分必要，通过科学的分析，严格按照相关规范操作，精确进行计算，才能在这些方面做好位，提高这方面的施工水平，为企业以后的发展奠定基础。
【参考文献】
【1】谭芬香.钢结构梁柱节点连接的优化设计[J].低碳世界，2016（19）：192-193.
【2】黄亮.钢结构梁柱刚性连接节点优化研究[J].建筑工程技术与设计，2014（14）：114-115.
