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多高层民用建筑钢结构节点范文1
关键词：钢结构；对比分析；抗震性
随着社会的发展，生产力水平的提高，我国钢产量、品种规格增长迅速，价格下降，原来钢产量和价格对建筑钢结构使用造成的阻力已不复存在，为钢结构建筑的发展奠定了良好的物质基础。钢结构建筑具有跨度大、空间大、用钢量少、施工方便易安装、施工周期短、施工污染环境少、建筑造型简洁美观、以及可回收利用等优点，在工业厂房、仓库、展览厅等工业与民用建筑中得到越来越多的应用和发展。本文介绍某工程的钢结构设计。
1 工程概况
本工程总建筑面积为1.68万m2,其中地上6层1.38万m2，地下1层，建筑檐口标高 26.2m。各层功能布置，地下一层为汽车库和设备用房，地上 2―4层为商场，5―6层为写字楼，第6层大部分屋顶绿化成为社会公共活动中心，具有现代化城市气息的开放空间。
2 钢结构的设计
本工程依据相关文献的要求可划分为一类建筑，构件的耐火等级为一级，钢柱的耐火极限为3h，钢梁的耐火极限大于2h。该工程设计基准周期为50年，为解决钢结构的防腐问题，结合钢构件防火采用防腐方案，即在工厂制作中，刷防锈漆两度，现场吊装就位后再涂抹放火涂料，使钢构件在其使用寿命期间处于一种封闭的环境，外表面与大气层隔断，从而有效控制钢构件腐蚀。该工程钢柱钢梁采用了耐火耐候钢，耐腐蚀的性能更加优越。普通钢材受热后强度会大幅下降（550°C时强度降为零），在空气介质中会发生锈蚀而影响结构的耐久性。而耐火耐候钢，通过合适的技术，使钢材含有特定的成份，表面结构和微观组织，从而使钢材本身生成结构所需要的耐火性和耐候性。耐候性为普通钢的2.8倍，耐火性可使600°C时钢材的屈服强度下降不大于1/3。使用这种钢材可以减少防火涂料1/3，省去防锈漆，大大节约维护工本，不仅如此，耐火耐候钢还具有自愈性和永久性，即在钢材使用中表面受擦撞或火灾后，其耐火耐候性不变。
为节省投资，合理布置空间，选择最佳建造方案，本工程结构体系经历几次逆转优化过程，并进行了多次修改设计。首先是钢框架结构―混凝土框架结构体系的反复，基础的设计由原钢筋混凝土筏板基础改为钢筋混凝土独立基础，地下室挡土墙也由原350厚钢筋混凝土挡土墙优化为钢筋混凝土与砌体的组合结构。原方案采用了钢筋混凝土框架结构，结构出现了“肥梁胖柱”的构件截面，同时基础施工工期长，通过修改设计方案，采用了钢框架结构钢筋混凝土独立基础后，综合造价降低，且经济分析、资源消耗、生态环境等综合效益明显提高。
多、高层民用钢结构设计一般采用的结构体系为钢框架、钢框架―混凝土核心筒（剪力墙）和钢框架―钢支撑体系等。钢框架一般采用H型钢柱，箱型方柱以及钢管混凝土柱，在高层民用钢结构中采用钢管混凝土柱可节约钢材约50%，降低造价约45%，但节点连接构造复杂，且施工现场湿作业量大。本工程属多层民用钢结构，采用工字型截面钢柱；90%的框架梁采用轻型H型钢，翼缘和腹板的厚度在满足局部稳定要求的前提下尽力减薄，使截面开阔，取得较大的截面性矩，比轧制H型钢节约用钢量约15%，同时比焊接工字型钢梁施工工期短，质量易保证。钢柱与钢梁节点采用刚性连接，主次梁节点为铰接，次梁设计时考虑楼板的组合效应；楼板采用现浇钢筋混凝土楼板，标准层板厚110，通过抗剪栓钉将楼板和主次梁连为整体。但开始时试采用压型钢板与混凝土组合楼板，并在板面上配置了钢筋网，以使提高混凝土楼板的抗裂性能及整体性，避免了施工时支模，压型钢板的铺设与钢结构安装交叉作用，楼板现浇在设备安装阶段进行，可以大大缩短施工工期，但这种作法使得楼板的造价提高，因此采用了前一种方案。
本工程结构计算采用了目前较为先进的确结构设计软件STS钢结构三维分析程序TAT计算，部分计算结果如下（表1，表2）：
结果表明，由于采用了钢结构及轻质墙体，各楼层的质点重力荷载代表值比一般的混凝土结构小得多，因此地震作用引起的结构层间位移并不比风荷载引起的大。同时因为Y向钢框架梁、柱均为强轴，满足刚度要求；而考虑商场大空间及地下停车的方便性，X向即使无设置纵向支撑，由于X向柱网多，侧向刚度大，顶点位移和层间位移均满足规范要求，该工程结构布置合理，结构体系可行。
3 对比分析
长期以来，阻碍民用建筑钢结构体系发展的一个重要原因是：①钢结构造价远远大于同类的混凝土结构；②钢结构防火防腐问题
难以解决。就本工程的修改设计，通过对钢结构体系与钢筋混凝土结构体系的对比分析，认为第②个问题是错误，第①个问题可用经济指标表（表3，表4）加以说明：±0.000以上若采用混凝土框架结构比钢框架结构便宜，而±0.000以下，特别是基础造价，由于上部钢结构自重减轻，改采用钢结构比混凝土结构造价低廉，其次，钢结构施工速度快，减少了还贷利息。因此本工程按二种结构体系比较综合造价钢结构略低。
多高层民用建筑钢结构节点范文2
【关键词】钢结构 节点设计 探讨
中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：
1钢结构梁柱节点形式的选择
进行钢结构设计时，在结构分析过程中应想好用哪种节点形式，根据结构构件的选用，按照传力特征不同，选择节点分刚接、铰接还是半刚性连接。
(1)铰接连接节点，本身拥有极大的柔性。钢梁仅在腹板处采用高强螺栓连接，上、下翼缘无需进行现场焊接。采用铰接时构造简单，使现场安装程序大为简化，现场作业量大大减小，现场安装可以不受天气及季节的影响，钢结构的安装速度大大提高。但是，铰接连接刚度和耗能性能差，对于结构抗风、抗震不利。
(2)刚性连接节点，具有很高的强度和刚度。其特点是受力性能好，但构造复杂，施工难度大。设计中梁柱节点一般是做刚接，这是由于梁柱节点承受的荷载一般较大而且还要抵御风荷载和水平地震引起的位移。
(3)半刚性连接节点，刚度和强度介于铰接和刚接之间。我国《钢结构设计规范》中没有给出半刚性连接的具体计算和设计方案，而且节点转动刚度很难确定。这样的
节点形式在工程设计中一般很少采用。
结构设计中习惯的做法是把连接当成理想刚接或者铰接，这样做能够使计算大大简化，得到的计算结果必然与实际存在偏差。目前，主要通过采用调整系数来减少这种偏差。
2钢结构梁柱节点的连接方法
多层及高层钢结构连接节点可采用焊接、高强螺栓连接、焊接和高强螺栓混合连接。
2．1高强度螺栓连接
多层及高层钢结构要承受风荷载的反复作用和地震的往复作用，梁柱节点应采用摩擦型高强度螺栓，不得采用承压型螺栓连接。螺栓连接由于安装简单迅速，便于维护和加固，目前已广泛用于桥梁结构、工业与民用建筑钢结构的连接中。
2．2全焊型连接
焊接连接时疲劳敏感，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，产生焊接残余应力和变形，对结构工作产生不利影响，除因受力复杂，接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接外，可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。
全焊型梁柱连接的优点及施工时注意事项。试验结果表明，全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接，具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中，设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强，不仅浪费材料，也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量；相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形，但由于梁翼缘难以形成塑性，也限制了节点的耗能能力。同时，节点域的塑性转动过大会增加框架的水平位移，对框架的整体受力不利。在这种连接中，梁上、下盖板边缘加工后与柱采用对接焊缝连接，盖板与梁的连接采用角焊缝，梁腹板与柱连接通过钢板或角钢而连在一起，钢板或角钢与梁腹板采用角焊缝连接，钢板或角钢与柱采用对接焊缝连接。在施工时应保证对接焊缝的质量，对接焊缝必须焊透，梁上、下盖板与柱对接焊缝的质量对梁柱刚性连接的滞回性能有很大的影响。特别是焊缝与柱翼缘的连接面应注意除油除漆，合理安排施工顺序。下翼缘的焊接引弧板如果留在构件上应将其与柱焊接，最好跟梁翼缘也焊在一起，以减小对接焊缝未焊透对梁柱连接受力的不利影响。
2．3摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
(1)焊缝的破坏强度高于高强螺栓的强度，抗滑极限强度，其比值宜控制在1～3之间；(2)不能用于需要验算疲劳的连接中；(3)其施工顺序，应根据板件的厚度，施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定，一般采用先栓后焊的方式，此时高强度螺栓的强度应计算焊接影响，作一定的拆减；当采用先焊后栓且板间又不夹紧时，宜采用大直径螺栓，并需将螺栓的抗剪承载力设计值乘以拆减系数；(4)在静力荷载作用下，摩擦型高强度螺栓可以和侧角焊缝共同作用。在直接承受动荷载作用的连接中，则不能用这种连接，施工时一般采用先栓后焊的程序，并在设计中考虑温度影响将高强度螺栓的预拉力予以适当拆减；(5)能共同工作的混合连接，其总承载力可按不同连接方式承载力的总和考虑。
3钢结构连接节点在工程中的应用
欧美及我国广泛采用的梁柱刚性连接又可分为三类：
(1)梁端与柱的连接全部采用焊接连接；(2)梁翼缘与柱的连接采用焊接连接，梁腹板与柱的
连接采用摩擦型高强螺栓接；(3)梁端与柱的连接采用普通T形连接件的高强螺栓连接。
在以上连接节点中，全焊连接型式是焊缝连接最充分的，不会产生滑移。从理论上讲，良好的焊缝质量和焊接构造可以提供足够的延性，但在实际施工过程中存在一定的困难，而且要求对焊缝进行比较严格的探伤检查。此外，焊接残余应力和残余变形也给实际结构带来不利影响；高强螺栓连接施工比较方便，但存在接头尺寸过大、钢材消耗较多。目前栓焊连接应用较为普遍，工地安装时，先用螺栓定位后对翼缘施焊，具有施工方便的优点。通过实验表明，其滞回曲线与全焊连接的滞回曲线接近，翼缘焊接对螺栓的预拉力有一定的影响，使螺栓预拉力降低，因此高强螺栓的实际应力应留有富余度。
梁柱连接节点的基本设计原则：节点必须能够完全传递被连接板件的压力(或拉力)、弯矩和剪力等。在强震作用下节点的应力始终低于框架梁的应力，以保证在结构在罕遇地震时，处于高应力下的框架梁可率先进入塑性，发展成塑性铰，使钢结构的良好延性得到充分发挥来消耗地震能量，实现节点晚于构件破坏，即“强节点弱杆件”的设计思想。那么如何做到“强节点弱构件”设计原则呢?通常可采用塑性铰的粱端增强式连接(如节点加焊盖板等)或在离梁端不远处将梁的上下翼缘进行消弱的狗骨式连接。通过这些构造措施，来增强节点的延性，确保在较大的地震作用下，塑性铰出现在梁内，不出现节点破坏现象。
4钢结构梁柱节点设计应注意的问题
(1)连接的设计应与内力分析的假定相一致。在结构分析前，就应该对连接节点的形式进行充分的思考和分析，以保证最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式完全一致。(2)节点构造不应太复杂。节点设计要尽可能使工人能方便的进行现场定位和安装。此外，点设计还应考虑加工厂的工艺水平。
(3)节点设计尽可能避免偏心连接，不能完全避免时应考虑偏心连接对结构的影响。
(4)传力要直接、连续。各构件之间受力要明确，尽可能避免应力集中。
(5)注意破坏顺序控制。设计时应加强主要构件的连接节点，避免在结构重要受力构件还处于弹性变形阶段时，由于节点破坏而导致整个结构的倒塌。
(6)注意构造细节。使节点具有足够的延性和韧性；节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。
(7)注意对薄弱环节的加强保护。在梁柱可能出现塑性铰的区段，应该限制板件宽厚比，防止局部屈曲，保证耗能作用的发挥，同时设置侧向支承点，保证梁上塑性铰转动过程中，不出现梁的整体失稳。
5结语
多高层民用建筑钢结构节点范文3
随着现代建筑设计的发展,建筑越来越注重屋面的造型设计,屋面造型形状复杂,部分造型跨度及悬臂长度均较大,且高层或超高层的屋面处风压较大,故采用传统的钢筋混凝土结构已难以实现,而转由钢结构来实现其建筑造型要求,本文结合一个工程实例,对屋面钢结构的设计计算及节点构造设计方面做一定描述及分析,供类似工程参考。
2 工程概况
本工程位于厦门市仙岳路和育秀东路交叉口西南,北靠仙岳山,功能由五星级酒店和办公组成。结构地上部分四十五层(其中屋顶三层为钢结构),总建筑高度168.8m;结构高宽比约为3.6。地下部分2层,埋深约为10m。建筑物的安全等级为二级。 属于超限建筑,已通过超限高层建筑工程抗震设防专项审查。
图1 建筑三维效果图
从效果图上可以看出,本建筑自下而上平面由三个方向向内渐收,在43及44层处收至最小,到屋面处又有个较大尺度的放大,从屋面平面图中可以看出,结构外挑尺度已超过内跨的柱距,使屋面形成长悬臂结构,在水平荷载作用下结构柱将出现较大的拉力,屋面设置一台50吨重的大型擦窗机,针对这种情况,屋面部分继续采用钢筋混凝土结构已不合适,考虑到连接及刚度验算等因素,将43~45层均采用钢结构进行设计。本文除设计总体控制参数为整幢楼描述外,其余部分仅论述顶部三层钢结构的设计。
图2 屋面平立面图
3 结构布置及计算
3.1 主要参数选择
设计使用年限50年,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.15g,场地类别为Ⅱ类,场地特征周期为0.35s。地震影响系数最大值采用0.12(多遇地震)。用反应谱法计算地震作用时,采用《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)5.1.5条规定的地震影响系数曲线,结构阻尼比取0.05,弹性时程分析所取的地面运动最大加速度为55cm/s2。
100年一遇的基本风压0.95 kN/m2,地面粗糙度为C类。风荷载体型系数取1.4,(屋面悬挑处采用-2.0的体型系数进行复核)在风荷载下的结构顶点最大加速度时采用的10年一遇的基本风压为0.5 kN/m2。
抗震设防重要性类别为丙类。抗震等级:地面(0.00标高以上,框架与剪力墙均为一级;地下一层框架与剪力墙为一级,地下二层框架与剪力墙为三级。
3.2 结构选型与布置
本工程主体采用钢筋混凝土框架一多筒体(筒体稀柱框架)结构体系,顶部三层则采用钢框架+支撑结构体系,梁及支撑主要采用国标Q345B型H型钢,钢柱采用焊接箱型柱,柱断面500×500,楼面为钢楼承板加栓钉,上浇筑混凝土板,混凝土板总高度150。在建筑柱间均设置斜撑,以加强其抗扭刚度。结构布置中的难点主要有以下几条:
3.2.1 层面的长悬臂问题。屋面后部为双向悬挑结构,后挑近8米,左右各悬挑9米,而后部两根角柱间距离仅6米。针对这种情况,后部悬挑段主受力体系采用桁架结构,由柱位处设置两榀主桁架往后挑出,桁架高度2500,主桁架外挑段内设置两榀横向次桁架作为左右悬挑的受力构件,桁架根部高度2500。屋面前端外挑约10米,但悬挑根部允许的最大结构高度为1200,且前端两根柱水平间距仅1700,这样前端整体刚度偏小,位移指标难以控制,针对这种情况,于前端两根柱处各外挑一根箱型梁,斜交于悬挑端尾部,使其水平面上形成一个三角体结构,对两根柱之间加密斜撑,概念上将形成一根双肢柱,以加强屋面层前端的刚度。对于建筑中部的外挑处结合建筑的厚度进行设置,厚度较大处设置桁架,较小处采用梁悬挑,
3.2.2 楼盖的平面内刚度问题
本工程在43、44层处楼盖面积较小,屋面层刚度又较大,这样在44层将会形成结构的薄弱部位,而钢梁+楼承板体系的整体刚度较现浇钢筋混凝土结构差,虽在计算中这些楼层已按弹性板考虑,但其刚度仍嫌不足,故在这几层的楼面梁间设置斜向支撑杆,用以加强楼层的平面内刚度。
3.2.3 结构上下刚度比及承载力比的问题
这三层钢结构层高相同,但是在43、44层处有明显的收腰现象,且屋面为了悬挑构件的实现,采用了较多数量的桁架及支撑杆,这样会导致45层的刚度远大于44层,造成44层为结构薄弱层,不满足《建筑抗震设计规范》第3.4.3-2 条相关规定。为满足该要求,在结构的43、44层处设置层间梁,将4200层高分为2600及1600两段,这样可以较大减少柱的计算长度,使其承载力有较大提高,结合支撑的设置,能很好的提高其刚度,使其位移及抗震承载力指标满足相关规范要求。
3.2.4 结构前端过于薄弱的问题
该结构前端尺寸较小,结构宽度仅1700,且存在长悬臂情况,这样在风荷载作用下,前端的位移将较大,为控制该点的位移值又不至于影响建筑效果,在43层女儿墙高度以下处设置斜向支撑杆,支撑底部落于外侧的两个钢筋混凝土柱上,使前端的底部结构宽度由原来的1700增加至3600,大大提高其稳定性及抗侧刚度,由于女儿墙的遮挡作用,该斜撑的设置并不影响建筑立面效果。
针对这几个问题的处理措施,屋面结构布置及结构立面图如下图所示:
图3 屋面结构布置及结构立面图
3.3 计算分析及调整
3.3.1 计算软件及算法选择:
结构整体分析采用的软件主要采用PKPM系列的高层建筑结构空间有限元分析软件PMSAP模块及STS模块进行设计计算,采用国际通用的建筑结构三维分析软件ETABS9.0.2中文版进行复核
因钢结构与混凝土结构计算阻尼比不同,混凝土结构为0.05,钢结构为0.035,而计算软件尚无法分段设置阻尼比,故在计算中,分别建立两个计算模型,一是将这三层钢结构代入整体计算的模型用PMSAP进行电算,阻尼比取0.05,二是将这三层钢结构单独用STS+PMSAP进行计算,阻尼比取0.035。取整体计算时43层的柱底地震剪力值与单独计算时的柱底地震剪力值进行比较,通过调整单独计算时的地震力放大值,使二者的地震剪力相等。且在单独计算时通过加大基本风压的方法进行风荷载计算,使二者实际输入的风荷载值相当。但在实际计算中,单独计算的结果显示,其所有构件受力较整体计算约小15%左右,这两种算法算出其构件受力均较ETABS计算的结果大。考虑到本屋面重要性程度较高,故仍采用最不利的整体计算结果进行构件及节点设计。以下仅介绍整体计算的结果情况
3.3.2 主要计算结果及比较与分析
对于该类钢结构屋面层,应代入整体模型进行计算,并评估整体的电算指标是否满足要求,而对于阻尼比不同对结构的影响较小,通过其它方式进行复核。经三种计算方法比较后得知,其较不利者仍为整体计算时的结果,故本节以PMSAP整体计算结果与ETABS的计算结果进行比较。其主要计算结果如下
(1)计算得到的前6阶模态振型的振动周期结果列于表3。两个程序计算得到的第一、第二周期T1、T2分别为X、Y方向的平动周期,第三周期T3为扭转第一周期,T3/T1均远小于规范的限值0.85,表明该结构具有良好的抗扭能力,符合抗震概念设计的要求。振型曲线符合正常规律。从表1可见,扭转周期比满足要求,有效质量系数满足要求。
(2)计算得到的结构最大响应位移结果列于表2,从表2可见,层间位移角以及位移比均满足要求,地震作用下的剪重比在正常范围内。()中数值为所在楼层,风载位移分为钢结构部分与混凝土结构部分,前一数值为混凝土部分,后一数字为钢结构部分,其余工况下钢结构位移值不起控制作用,未列出
(3)地震作用下结构的层剪力沿竖向的分布情况见下图。由图可见,结构的层剪力沿竖向分布无明显突变,满足规范要求。
图4 地震作用下结构的层剪力沿竖向的分布
(4)舒适度要求:
考虑10年一遇的风荷载作用(w0=0.50kN/m2)下的脉动影响,结构顶点最大加速度限值αmax=0.25m/s2;
X向:
顶点顺风向的最大加速度αw=0.046m/s2;
顶点横风向的最大加速度αtr=0.094m/s2;
Y向:
顶点顺风向的最大加速度αw=0.041m/s2;
顶点横风向的最大加速度αtr=0.094m/s2;
均满足要求。
(5)弹性时程分析主要计算结果及比较与分析
时程分析采用“中国建筑科学研究院工程抗震研究所”提供的3条小震的地震波:HKS1(天然波)、HKS3(天然波)、HKS4(人工波)
时程法计算得到的结构最大响应计算结果列于表5。
()中数值为所在楼层
对应于3条输入地震时程曲线,时程法计算得到的结构响应位移,均略小于反应谱法的计算结果。总体而言,时程法计算结果与反应谱法计算结果基本吻合,符合设计规范的有关要求。
(6)结构楼层抗侧刚度比及层抗剪承载力比均满足规范要求,最小处位于44层。
4 计算结果选取及共振问题
4.1 计算结果的选取
本刚架位于超高层顶部,从计算结果可知,控制内力基本为为风荷载控制,水平及竖向地震并不起控制作用,本屋盖形式属于荷载规范中所规定的风敏感结构,应分别考虑正向与负向风压情况,对于刚架的计算同,在设计中加入两组特殊风荷载,一为正向风载,二为反向风荷载,这样,构件计算中可以自动取二者的包络内力;而在柱脚设计中,需考虑两种情况,一是取刚架计算结果考虑变矩、轴力及剪力,二是考虑1.0X恒荷载+负风+地震的组合计算柱底拉力,此时不考虑活荷载作用的工况考虑柱底拉力。这样计算出的柱底内力组合方可包络各种不利工况的控制内力。
4.2 共振问题的考虑
对于本工程的屋盖,属于高度较大建筑,且为长悬臂结构,应当考虑其结构自振频率与风频率是否接近,若二者比较接近,则在风荷载作用下可能会发生共振现象,这样不利于结构安全。带主楼合并计算时第一周期为3.099秒,对应自振频率为0.32HZ;单独抽取这三层的钢结构,算出结构自振周期为0.427秒,对应的自振频率为2.34HZ,自振周期均较短。特别是钢结构部分,设计时为避免出现结构薄弱层及满足屋面大长悬臂的受力要求,在这三层里设置了大量的斜撑杆及层间梁,这样导致钢结构的刚度较大。本工程因未做风洞实验,没有屋面处风频率的具体数值,但是考虑到风频率周期均较长,正常均在6秒以上,与结构的自振周期差得较多,不至于出现共振现象。故不考虑风共振现象,仅按荷载规范中相关规定进行风振系数的计算及放大。
5 节点设计
5.1 梁柱连接节点设计
本工程梁柱刚接节点在楼层处采用贯通式水平加劲肋与钢柱进行连接,而层间的梁柱节点采用的外联式水平加劲肋与钢柱进行连接。框架梁均采用栓焊混合连接的方式,翼缘采用等强融透焊,在梁端翼缘两侧加设与翼缘等厚的楔形板,按节点的极限强度进行梁柱连接节点验算。腹板连接均采用M20的10.9级摩擦型高强螺栓连接,在满足计算值的前提下,不少于两排,同时提高加厚节点域的钢柱壁厚,保证其节点域抗震承载力满足要求。
图5 节点构造
5.2 桁架节点设计设计
考虑到主桁架尺寸并不大,故在与柱相连的主桁架悬挑段采用等强融透焊进行连接,均在工厂进行焊接,运至现场后进行整体吊装,主桁架根部与柱间采用栓焊连接,考虑到该桁架的弦杆主要受力形态为拉或压,且该根部的重要性程度高,故设计中加大连接处焊缝长度,使其大于梁翼缘宽度的2倍,且对焊缝质量等级要求为一级,柱间的桁架采用栓焊连接,现场安装。对于屋面后部两榀搁置于主桁架上的次桁架,为保证主桁架的整体性,将次杵架分为三段进行现场拼装,现场连接处采用等强融透焊连接,并在弦杆上下翼缘另行设置连接钢板。以加强其抗拉承载力储备。
5.3 柱脚节点设计
本工程屋盖悬挑较大,柱间核心区较小,且位于超高层建筑顶部,风荷载较大,故柱脚受力复杂。从计算结果得知,在水平风荷载作用下,柱脚最大上拔力设计值达到1000KN,最大剪力设计值为900KN,而在恒+活+正风作用下最大的柱底压力设计值为4500KN,柱脚的最大弯矩设计值亦有300KN.M.。而出于建筑使用功能限制,仅可设置外包式柱脚,在这种情况下,如仅靠外包柱脚内的主筋承担节点的抗弯、抗拔力,一则主筋配置过多,节点区内钢筋密集,影响混凝土的浇筑,二来该节点可靠性并不高,可能会在拉剪力的组合作用下破坏连接处的砼。针对这种情况,在正常的外包式柱脚基础上做一定的构造加强措施,一是将43层楼面短方向的柱间框架梁加大,并在内设置构造钢骨,并在下一层柱内也设置构造钢骨,柱内构造钢骨伸至42层柱底部,钢柱柱脚底板中部开250x250孔,在梁内钢骨上焊接一根H200X200X18X18钢芯(钢芯处设置栓钉),钢芯插入钢柱内1500,并在钢管柱两个侧壁分别设置砼注浆孔及溢流孔,钢柱就位后内灌C35无收缩细石混凝土,这样该钢芯可以可靠的承受钢柱底部剪力及承担钢柱的上拔力,且上拔力通过钢芯传至梁、柱内钢骨,从而可靠的传至主体结构中,而不至使连接处砼局部破坏,这样可以大大增强节点的安全性;同时对柱底锚栓做适当加强处理,由规范规定的最小4M24改为8M30,成四对U形布置,每对均绕过梁内钢骨,这些螺栓可以承受所有的柱底上拔力。作为结构的抗拔安全储备,同时也预防钢柱内混凝土浇筑不密实时的一种补救措施。外包在钢柱外的钢筋混凝土柱脚仅需承担抗弯要求即可。这样也贯彻了在复杂节点中每个构件仅承受一种荷载作用的原则,避免构件处于复杂受荷状态。同时对该层的楼面做板厚处理,板厚180,14×200双层双向配筋,以提高钢柱支座层的整体刚度。具体节点构造如下图所示
6 结语
许多高层或超高层建筑屋面的钢结构造型复杂,常出现大跨度、长悬臂等情况,屋面顶部的风荷载较大,牵涉的荷载组合工况较多,结构设计难度较大。在设计中应根据其体量及与主体的关系,采用多种以上的软件及算法进行设计及复核。屋面钢结构与主体结构连接受限较多,节点多数出现较大的拉、压、剪的荷载组合,对节点要求较高。规范或图集中所列的柱脚节点并不一定能完全适用,应根据实际受荷情况进行节点设计,使其能够满足规范及受荷要求
参考文献
[1]建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)[S].中国建筑工业出版社.
多高层民用建筑钢结构节点范文4
关键词：钢结构楼板；钢筋桁架模板；施工技术；应用
Abstract: combining the new Beijing new project, introduced for the first time in Beijing area of the steel truss template construction technology and its process and puts forward the application summary.
Keywords: steel structure floor; Steel truss template; Construction technology; application
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
【绪论】
钢结构构件工厂产业化生产大大缩短了工程工期，而多高层钢结构的迅猛发展对工程工期提出了更高的要求，楼板的施工方法是影响工期的重要因素。目前，多层钢结构建筑楼板一般采用带一定肋高的压型钢板组合楼板，这种楼板与普通钢筋砼楼板相比，有减少模板工作量、减少混凝土使用量及减轻楼板自重等优点，但也存在楼板下表面不平整、钢筋绑扎繁琐、钢筋间距和混凝土保护层不易控制等缺点。
钢筋桁架模板是将楼板中钢筋在加工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与底模连接成一体的组合楼板。施工阶段，将钢筋桁架模板直接铺设在钢梁上，然后进行简单的钢筋工程就能够承受砼自重及施工荷载；使用阶段，钢筋桁架与砼协同工作，承受使用荷载。钢筋桁架楼板力学模型简单、直观，加工生产机械化程度高，可以减少现场钢筋绑扎工作量的70％左右，上下两层钢筋的间距及混凝土保护层能得到保证，钢筋排列均匀，为提高楼板施工质量创造了条件。当浇注砼形成楼板后，具有现浇板整体刚度大、抗震性能好的优点。这种楼板与压型钢板组合楼板相比，综合经济效益好，为我国的钢结构楼板施工提供了一条新路子。
1、工程概况
北京新中关工程位于海淀区中关村西区，建筑面积117474平米，地下4层，地上裙房4层，裙房以上分为四栋塔楼12～19层。该工程在主体结构按施工图纸完成后，经规划同意后业主要求，通过建筑设计变更在塔楼B1、B2之间的联体部分、B2楼的结构尖角部分及五层夹层的局部增加钢结构楼板。
2、工程特点、难点
（1）增加面积大，塔楼联体部分、B2楼的结构尖角部分增加4层，每层1000余平米；五层局部夹层增加近1000平米，合计近5000平米。而为迎接主体结构验收，业主要求工期非常紧迫。
（2）主体结构完成后现场的塔吊已拆除，只具备室外电梯的垂直运输条件，如采用压型钢板组合楼板，钢筋的垂直运输既是施工难点，也会成为影响工期的关键因素。
3、解决方案及效果
经综合比较压型钢板组合楼板与钢筋桁架模板体系楼板，结合本工程的特点和难点，我们与业主和设计单位进行了沟通，拟在本工程采用钢筋桁架模板体系楼板。由于钢筋桁架模板体系在北京地区首次采用，我们向北京市建委进行了技术企业标准备案，经有关专家审查通过，我们所报的技术标准在建委已备案，备案号JQB-077-2006。
经在工程中使用，钢筋桁架模板施工速度快，室外电梯即可满足垂直运输，操作简单，铺装成型后钢筋的效果好，间距和混凝土保护层能得到保证。经测算，100mm厚的楼板，钢筋桁架模板体系要比压型钢板组合楼板施工成本每平米便宜近10元。楼板完成后既美观又满足设计使用和安全要求，同时业主要求的工期目标也得以顺利实现。
4、钢筋桁架模板体系介绍
4.1钢筋桁架模板
钢筋桁架模板是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋桁架，并将钢筋桁架与底模连接成一体的组合模板，见图1。钢筋形成桁架，承受施工期间荷载，底模托住湿混凝土，因此这种技术可免去支模的工作及费用。
图1钢筋桁架模板
钢筋桁架模板标准板构件的宽度为576mm，长度可以为1.0m~ 12.0m，可以设计的楼板厚度从100mm至300mm。
4.2钢筋桁架混凝土楼板
在施工现场，将钢筋桁架模板支承在钢梁上，然后绑扎桁架连接钢筋、支座附加钢筋及分布钢筋，最后浇注混凝土，便形成钢筋桁架混凝土楼板。楼板总厚度不应小于90mm〖1〗。
5、钢筋桁架模板安装
5.1施工工艺流程
5.2施工方法
5.2.1 钢筋桁架模板的安装
5.2.1.1一般要求
（1）依照钢筋桁架模板平面布置图铺设钢筋桁架模板、绑扎分布钢筋及部分附加钢筋；
（2）平面形状变化之处，应将钢筋桁架模板切割，可采用机械或氧割进行，再将端部的竖向钢筋还原就位之后进行安装；
（3）钢筋桁架模板的搭接长度（指钢梁的上翼缘边缘与端部竖向支座钢筋的距离）应满足设计要求，一般搭接长度不宜小于50mm。底部镀锌钢板与钢梁的搭接长度要满足在浇注混凝土时不漏浆，搭接长度不宜小于30mm；
（4）待铺设一定的面积之后，必须及时绑扎分布筋，以防止钢筋桁架侧向失稳。
（5）边模板安装之后应拉线校直，调节适当后利用钢筋一端与栓钉点焊一端与边模板点焊，将边模固定。
5.2.1.2节点设计
（1）为方便钢筋桁架模板铺设之后的固定，现场在其端部焊接竖向钢筋，铺装后立即竖向钢筋与钢梁点焊牢固，如下图所示：
图2 端部焊接竖向钢筋
（2）将锌钢板搭接改为扣合方式,板与板之间的拉钩扣合紧密，这样可以保证浇筑混凝土时不漏浆。如下图所示：
图3 锌钢板扣合搭接
（3）支座连接钢筋为两块钢筋桁架模板连接处，连接桁架上下弦钢筋的钢筋，同时可代替上部负筋。
图4 支座连接钢筋
5.2.2附加钢筋工程及管线的敷设
5.2.2.1按设计要求设置楼板支座连接筋及负筋，连接筋应与钢筋桁架绑扎或焊接；
5.2.2.2楼板上要开洞口必须按设计要求设洞口边加强筋，设置在钢筋桁架面筋之下，待楼板混凝土达到设计强度时，方可切断钢筋桁架模板的钢筋及钢板；切割时宜从下往上切割，防止镀锌板边缘与浇注好的混凝土脱离，切割可采用机械切割或氧割进行；
5.2.2.3电气接线盒的预留预埋，可事先将其在镀锌板上固定，允许钻Φ30及以下的小孔，钻孔应避免钢筋桁架模板的变形，影响外观或导致漏浆。
5.2.2.4 由于钢筋桁架的影响，板中的敷设管线，宜采用柔韧性较好的材料。由于钢筋桁架间距有限，应尽量避免多根管线集束预埋，尽量采用直径小一点的管线，分散穿孔预埋。
5.2.3 栓钉焊接
为了使钢梁与组合楼板能有效地协同工作，设置了抗剪连接栓钉，使栓钉杆承受钢构件与混凝土之间的剪力，实现钢-混凝土的抗剪连接。部分钢梁的栓钉直接焊在钢梁顶面上，为非穿透焊；部分钢梁与栓钉中间夹有压型钢板，为穿透焊。
5.2.3.1施工方法
将栓钉放置在焊枪的夹紧装置中，把相应直径的保护瓷环置于母材上，把栓钉插入瓷环内并与母材接触；按动电源开关，栓钉自动提升，激发电弧；焊接电流增大，使栓钉端部和母材局部表面熔化；设定的电弧燃烧时间达到后，将栓钉自动压入母材；切断电源，熔化金属凝固，并使焊枪保持不动；冷却后，栓钉端部表面形成均匀的环状焊缝余高，敲碎并清除保护瓷环。
5.2.3.2需要注意的问题
（1）钢筋桁架模板底模与母材的间隙应控制在1.0mm以内才能保证良好的栓钉焊接质量。钢筋桁架模板厚度大时板形易不规则、不平整，造成间隙过大。同时还应注意控制钢梁的顶部标高及钢梁的挠度，以尽可能的减小其间隙，保证施工质量。
（2）如遇钢筋桁架模板有翘起因而与母材的间隙过大可用手持杠杆式卡具对钢筋桁架模板临近施焊处局部加压，使之与母材贴合。
5.2.3.3栓焊检验
工程中栓钉焊接的质量要求主要通过打弯试验来检验，即用铁锤敲击栓钉圆柱头部位使其弯曲30o ，观察其焊接部位及热影响区，若无肉眼可见的裂纹,即为合格。每批同类构件抽查10%，且不少于10件；被抽查构件中，每件检查栓钉数量的1%，且不少于1个。做过打弯试验的栓钉可在弯曲状态下工作。
6、钢筋桁架模板的技术特点
6.1由于钢筋桁架模板一般不需要设临时支撑，在混凝土结硬前，楼板强度和刚度即钢筋桁架的强度和刚度，钢筋桁架模板自重、混凝土重量及施工荷载全由钢筋桁架承受。混凝土结硬是在钢筋桁架模板变形下进行的，所以楼板自重不会使板底混凝土产生拉力，在除楼板自重以外的永久荷载及楼面活荷载作用下，板底混凝土才产生拉力。这样，楼板开裂延迟，楼板的刚度比普通现浇混凝土楼板大。
6.2 在使用阶段，钢筋桁架上下弦钢筋与混凝土一起共同工作，此楼板与钢筋混凝土叠合式楼板具有相同的受力性能，虽然受拉钢筋应力超前，但其承载力与普通钢筋混凝土楼板相同。
6.3对于楼板中使用钢筋桁架模板，其镀锌钢板不代替受力钢筋使用,仅为施工模板，属于非组合楼板(规范中说明当楼板为非组合楼板时镀锌钢板可不做防火涂料),受力钢筋完全被混凝土包裹，混凝土保护层厚度均匀一致，楼板过火后的修复等同于或更优于传统的现浇钢筋混凝土楼板。钢筋桁架模板底部镀锌钢板，其仅作施工阶段模板用，不参与使用阶段受力。钢筋桁架模板无需考虑结构防火防腐〖2〗。
7、结论及建议
7.1通过新中关工程，钢筋桁架模板在北京地区首次应用，这种工厂化生产的楼承板，不但能大幅度提高建筑施工效率，而且具有环保、抗震、节省资源等优点，取得了较好的工期、经济和社会效益。
7.2钢筋桁架模板与压型钢板组合楼板相比有较大的优势，加工生产机械化程度高，现场钢筋绑扎工作量减少70％左右，钢筋的间距及混凝土保护层能得到保证，楼板施工质量和效果好。钢筋桁架模板也可以代替普通钢筋混凝土楼板，大幅度的降低钢筋、模板作业的工作量，提高现场的工作效率。
7.3目前在北京地区，工程普遍具有工期紧张的特点，而充分发挥该模板施工速度快、施工质量容易控制、成型后效果好的优点，对于缓解工期和质量问题矛盾，有着很大的推广意义和应用前景。
7.4根据设计需要，钢筋桁架模板可设计成双向受力楼板，等同于传统的现浇钢筋混凝土双向配筋楼板，相对于其它带有一定肋高的楼承板，不仅减小楼板结构层厚度、降低结构自重，而且更加经济合理。
【参考文献】
《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ 99-98
