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轻钢结构节点设计实践研究

2021-09-02

轻钢结构节点设计实践研究

          轻钢结构的实践应用在建筑工程领域当中是必不可少的,且多用于大跨度的建筑当中,因为它具有刚度大、自重轻、强度大等优势。在轻钢结构的设计过程中,不仅要从大局出发,考虑到它的整体受力,也要锁定细节,不能忽视节点的处理。连接节点的设计与建筑工程的质量是息息相关的。本文主要从轻钢结构构件的设计要求、连接方式及连接节点等几个方面进行阐述,说明节点设计的重要性及其广泛应用。 

  与传统的混凝土结构相比而言,建筑工程领域的的轻钢结构具有很大优势,比如建造周期短、跨度比较大、抗风抗震能力较强、维修费用低、简单易行等。与重钢结构相比而言,轻钢结构显得比较轻,而且结构基础要求也比较低,周期之短和速度之快使它很适合于建造跨度大的结构。其应用的广泛程度,我们可以在大型超市、体育场、展示厅等很多领域可以看到,因此,其连接节点的设计是否合理是一个很大的安全问题。 

  1、连接节点的形式 

  轻钢结构的连接节点形式可以分为三类:一是按照构件与构件之间的连接方式可以将其分为梁-柱连接和梁-梁连接;二是按照构件的受力方式可以分为扭矩连接、单剪连接、弯矩连接和它与轴向力的组合连接;三是按照构件的连接形式可以分为端板连接、双板连接和单板连接。 

  2、连接节点的设计 

  轻钢结构的连接方式取决于建筑工程的要求,即对钢结构的加工和安装要求,这是节点设计的要求。在工程中,有关人员可能会要求进行焊接,并且保证焊缝的质量。为了让钢构件既满足工程进度的要求,又能够很方便的在现场进行安装,因此需要在节点设计中,用螺栓连接两个构件;只有在螺栓因为构件的尺寸原因、空间不足等原因,难以连接某些节点,或者它的连接将会让整个节点变得比较混乱的时候再采用现场焊接。 

  连接焊缝和螺栓所提供的力要比所给的外力要大,同时也要比构件的MAX承载力还要大,这是节点设计的第二个要求。当浇筑混凝土时因为疏忽而忽略了预埋件时,可以使用HILTI膨胀螺栓和化学螺栓进行连接,更好的固定住钢构件和混凝土,这也是常用的一种构件连接方法。还有一种情况可以采用现场焊接,即为了使构件和预埋件之间的连接较为方便,也能很方便的处理对预埋件的定位偏差所造成的不良影响,这种情况下通常都会采用现场焊接。 

  3、连接节点的方法 

  对于连接槽钢之类的次梁来说,单板连接是简单易行的。在螺栓受到了偏心载荷的情况下,只要其承载力仍然大于外载荷,且单板于主梁的焊接缝缝一般是从三面进行焊接的,其受力状态还是比较均匀的。要是因为上下易缘切割腹板需要加筋,那就可以在腹板内焊接一个加劲板。 

  在主梁上难以紧固螺栓时,在外载荷比较大,螺栓单剪难以抵抗外载荷的情况下,可以使用双板,其不足之处就是主梁和螺栓受到了偏心载荷的影响,因此还需要计算螺栓在剪力及弯矩综合作用下的所受到的力。设计载荷的选择是节点设计的一个重要因素。我们知道,轻钢结构的设计规范是CSA16.1,它的设计载荷与梁的屈服强度、跨距及被连接梁的抗弯截面系数有很大的关系。当跨距比较小时,设计载荷之值是梁腹板抗剪力的二分之一,MAX值不能超过梁腹板的抗剪力。 

  轻钢结构设计中的两个基本连接是梁-梁和梁-柱,可以采用简支梁连接的方式,使用端板、双角钢、单双板进行连接。一般情况下会将双角钢与次梁在车间里焊接好,然后在现场将双角钢与主梁腹板用螺栓连接起来,如此一来,螺栓就不会受到偏心载荷的影响,虽然偏心载荷由焊缝承受,但由于之前的焊缝采用的是三面焊接,其抗弯能力还是很强的,因此,在载荷较重的情况下,可以采用双角钢进行连接。在其他的一些场合下,假如载荷比较小,那么就可以使用端板进行连接,适当地增加端板的厚度,就能够承受轴向力和剪力的组合载荷;假如载荷比较大并且和主次梁形成了一定的角度,那么就可以将钢板弯折成一定的角度,类似于双角钢的连接;当主次梁不是正交时,端板的连接优势就超过了双角钢的连接。 

  4、连接节点应考虑的问题 

  节点的连接有一定的原则,一是构件的连接应该按照等强度的原则进行设计,拼接构件和连接强度必须能够传递断开截面的MAX承载力;二是节点连接的构造形式比较简单,便于安装、维护和运输;三是节点的连接应该有延性,因为建筑类的钢材本身所具有的延性对于抗震设计来说十分重要。 

  在轻钢结构的设计工作中,连接节点的设计是一个不可忽视的环节,设计者应该根据连接接点所在的位置及其要求的刚度和强度,须合理仔细的确定连接节点的方法、形式、具体构造、计算方法等基本工作。在设计当中,应该按照设计要求、载荷、材料选择的具体要求等方面进行仔细了解,以便更好的运用到施工当中。 

  在轻钢结构施工过程中,常会出现的一种情况是现实中的节点与结构分析模型有很大的差异,这就是因为我们在结构分析前,没有对节点的形式进行充分的思考研究。连以下是应该考虑的问题:一是节点设计必须考虑到施工空间和构件安装顺序。比如安装螺栓、进行现场焊接等都需要一定的空间,空间小了可能就会无法完成必要的工作;每个构件都有它的安装顺序,一步错就会步步错。此外,尽量让工人在现场进行临时固定与定位。二是节点设计需要考虑到制造厂的工艺水平。三是节点防腐。钢结构主要使用涂防锈漆进行防锈处理。 

  5、结语 

  近几年,我国的高层建筑在不断的增加,对钢结构的质量要求也在逐渐提高,因此节点的设计应用也十分重要。随着钢结构的不断发展,我们会更好的把握连接节点的刚度、承载力以及强度,会在设计水平和设计能力上取得更好的成绩。科技的进步,社会的发展必然导致人们审美观念的变化,轻钢结构的应用也在不断冲击着人们的审美观念,从理性的角度出发,我们可以把传统和现代的建筑风格与材料相结合,吸收其中值得借鉴的部分,创造出更为精品的轻钢结构建筑。毋庸置疑,轻钢结构建筑的设计不能脱离建筑设计的原则,在此基础上可以发挥钢结构的优势进行合理施工。此外,在结构上也应该从严要求。 


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