高层钢结构节点做法图集16G519中的节点域加强做法讨论 |
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在《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》16G519的第19页,有关于 钢框架结构梁柱节点域抗剪不足时的补强做法 ,如图1所示。
图1 节点域补强措施 图1中,除了公式里的 t min 需要移到根号外面外,无其他勘误说明。在该做法的2-2剖面中(图2),说明了补强板与原H型截面柱的连接做法。此节点图已作为工程设计人员常用的总说明选用的做法,一直作为权威做法予以采用。
图2 2-2剖面 框架结构节点域的抗剪承载力计算及其补强原理,可参看童根树教授的《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》一书予以详细了解,本文不再赘述。但有几处疑问拿来与大家讨论:1、节点做法中补强板的厚度,要求不小于6mm,大概是因为补强板太薄时,不好实施与H型钢腹板的塞焊以及与翼缘的焊接(或有弱节点域设计思想作祟)。但如果6mm满足强轴抗剪补强需求,是否能满足与弱轴框架梁翼缘及腹板的应力传递?尤其在弱轴框架梁翼缘及腹板厚度大于6mm较多时,弱轴翼缘与腹板不能直接通过H型钢柱的腹板进行传力,是否存在隐患。 2、对于热轧H型钢,由于在翼缘与腹板连接处均为轧制的圆弧过渡,半径从8~22mm不等(图3)。在此半径下能否实施如图四的焊缝形式?对于焊接H型钢,则焊缝在腹板翼缘交接处重叠施焊;对于图1中的 ③ 节点做法,补强板与H型钢腹板的焊接也与弱轴横隔板与H型钢腹板的焊缝相干扰。
图3 热轧H型钢断面示意
图4 图1中补强板与H型钢翼缘的对接焊缝 3、有些资料(《钢结构设计方法》童根树)给出了如图5所示的做法。该做法避免了通过补强板间接弱轴传力带来的隐患,但在补强板四周仍要求采用对接焊缝或角焊缝与四周板件紧密连接,造成焊接应力的复杂及钢材性能的变化。
(a)两块加强板 (b)节点板的焊接接求 图5 童根树教授 《钢结构设计方法》一书 建议的做法 4、对于热轧H型钢与焊接H型钢在腹板-翼缘交接区的应力状态,由于轧制工艺、回火工艺及焊接工艺的影响,有资料表明,两种方法均在该区域存在潜在的低韧性区(图6所示),横隔板或加劲肋的焊接均应避开此区域。那么抗剪补强板的焊接也不例外。这样一来,为了弥补不能形成对接焊缝或重叠焊缝而退而其次的与H型钢腹板的角焊缝也受到了限制。
(a)热轧H型钢的低韧性区
(b)加劲肋的焊接要求 图6 H型钢腹板的低韧性区及梁柱节点加劲焊缝 对于钢框架梁柱节点区抗剪的机理,节点区腹板的剪力所形成的米塞斯屈服,是来源于框架梁上下翼缘的反向拉压力(图7),而不是由框架梁的腹板传来。因此,凡是节点区内布置与节点水平加劲肋进行焊接的补强板,均能获得与梁翼缘的相同变形趋势,也就能参与节点区的抗剪。出于此考虑,不妨将补强板往外侧平移,在弱轴框架梁腹板连接板两侧焊接两块单独的补强板,此补强板可与节点周边板件安全施焊而不会与先前焊缝产生纠葛(图8)。
图7 框架梁柱节点域抗剪形成机理
图8 补强板外移的节点域加强做法 图8中的补强板是在弱轴梁连接腹板及水平加劲肋施焊完成后再进行,由于加强板的厚度一般不是很大,进行单侧焊接即可。 图7中,由于柱子翼缘的拉压效应也同时引起节点域的竖向抗剪变形,各位同志可以探讨下,在轴力作用下,节点域竖向抗剪的主应力方向会偏向哪个角度?外移补强板不与框架柱的翼缘进行焊接是否可行? |
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