建筑结构丨钢结构节点设计，看这篇文章就对了！

构件连接节点是保证多层、高层钢结构安全可靠的关键部位，对结构的受力性能产生重要影响。 节点设计是否合理，不仅影响结构承载力的可靠性和安全性，而且影响构件加工和施工现场安装的质量，并直接影响结构的造价。 因此，节点设计是整个设计工作中的重要环节，必须给予足够的重视。

节点设计主要包括：梁与柱、梁与梁、柱与柱、支撑与梁与柱、柱脚的连接节点设计（下图）。

1. 设计原则

概述

(1)不作抗震设防时，为弹性设计； 抗震设防时，采用弹塑性设计，节点连接的承载力应高于构件断面的承载力。

(2)对于需要抗震设防的结构钢结构节点连接三维图，当风荷载起控制作用时，仍应满足结构抗震要求。

(3)强震作用下，塑性区一般出现在距梁端(穿柱梁柱节点)或柱端(穿梁梁柱节点)的1/10跨长或2倍截面高度处。 ）。 范围内。 节点设计应检查以下几项：

1）节点连接的最大承载能力；

2) 构件塑性区板宽厚比；

3）受弯构件塑性区侧向支撑点之间的距离；

4）梁柱节点域内柱腹板的宽厚比和抗剪承载力。

(4)构件节点、杆件接头和板件装配可采用全熔透焊缝或部分熔透焊缝。 当出现下列情况之一时，应采用全熔透焊：

1）要求与母材有牢固的焊接连接；

2）框架节点塑料型材的焊接连接。

(5)焊缝坡口形式和尺寸应符合《手工电弧焊坡口基本形式和尺寸》和《埋弧焊坡口基本形式和尺寸》的规定或其他适用规范使用。

(6)为了实现熔透和充分焊接，焊接时应安装焊接垫板和起弧板。

（7）高层建筑钢结构的受力构件或受力构件（支撑）采用高强螺栓连接时，宜采用摩擦式连接，避免在使用荷载作用下发生滑移，增加结构强度。节点的变形。

(8)抗震设防结构高强螺栓连接的最大剪力承载力宜按下式计算：

（9）节点设计时，节点结构应避免采用约束性强、板件易发生层状撕裂的连接形式。

连接方式

按连接方式可分为：全焊接连接（通常法兰坡口采用全熔透焊缝连接，腹板采用角焊缝连接）、螺栓混合连接（法兰坡口采用全熔透焊缝连接） ，腹板采用角焊缝连接）采用高强度螺栓连接）和全螺栓连接（翼缘与腹板均采用高强度螺栓连接），如图7-2所示。

全焊接连接：传力充足，不打滑。 良好的焊接结构和焊接质量可以为结构提供足够的延展性。 缺点是焊件中往往留有一定的残余应力。

螺栓焊混合连接：先用螺栓安装定位，然后进行法兰焊接。 它操作方便，应用广泛。 试验表明，这种连接的滞后曲线与全焊接连接相似，但法兰焊接会使螺栓预紧力平均降低10%左右。 因此，连接腹板的高强螺栓的实际预拉应力必须留有一定的量。

全螺栓连接：全高强度螺栓连接，施工方便，符合工业生产模式。 但接头尺寸较大，钢板消耗稍多，成本较高。 在强烈地震中，关节可能会打滑。

应用：在我国多高层钢结构工程实践中，柱的施工现场接头多采用全焊接连接； 梁的施工现场节点及斜杆支撑的施工现场节点及节点多采用全螺栓连接； 梁、柱之间的连接多采用螺栓焊混合连接。

根据结构形式及其受力特性（按约束刚度）可分为刚性连接（刚性节点）、半刚性连接（半刚性节点）和柔性连接（铰接节点）三种类型。

刚性连接：指连接受力时梁柱轴线间的夹角保持不变。 在实际使用中，只要连接的旋转约束能够达到理想刚性连接的90%以上，就可以认为是刚性连接。 工程中的全焊接连接、螺栓混合连接以及与T型铸钢件的全螺栓连接都属于此类。

柔性连接（铰接）：是指连接受力时，梁柱轴线之间的角度可以任意改变（不受任何约束）。 实际使用中，只要梁柱轴线之间的夹角变化达到理想铰角度的80%以上（即旋转约束不超过20%），即可视为柔性连接。 工程中梁腹与柱采用角钢或钢板通过螺栓连接的情况属于此类。

半刚性连接：以上两者之间的连接。 其承载能力和变形能力将对框架的承载能力和变形产生非常显着的影响。 工程中梁上下翼缘设置端板或角钢的全螺栓连接等形式均属此类。

安装单位划分

钢框架安装单元的划分应根据构件重量、运输起重设备等条件确定。

(1)框架梁柱节点采用“穿柱式”节点形式时(图7-2、7-3a)，柱的安装单元一般为三层一层； 梁的安装单元通常为每一跨一个。 根。

(2)立柱施工现场缝一般位于主梁顶面以上1.0～1.3m处，以方便安装。

(3) 当使用带悬臂梁段的柱单元（树柱单元）时，可在工厂预先将悬臂梁段焊接到立柱安装单元上。 悬臂梁段的长度（即接头位置）应根据相对内力确定。 一定要小，能满足设置支撑和方便运输的需要。 悬臂梁截面长度从柱轴线测量一般为0.9～1.6m。

(4)当框架筒结构采用悬臂梁段柱安装单元时，梁缝可设置在跨中。

2、梁与柱的连接

梁柱连接型式

根据梁与柱的相对位置，可分为穿柱式和穿梁式两种，如图7-3所示。

一般情况下，为了简化结构、便于施工，框架的梁柱节点宜采用穿柱式（图7-3a）； 当主梁采用箱形截面时，梁柱节点宜采用穿梁式（图7-3b）。

梁柱节点施工要求

刚性连接的施工要求

框架梁与柱之间的刚性连接宜采用过柱式，根据受力和安装形式可采用图7-4所示的连接方法。

提高梁柱刚性连接抗震性能的结构措施

措施的基本类型有两种：一种是弱化型，另一种是梁端加强型。 前者是在距梁端一定距离的梁上、下翼缘上采取切割、钻孔或切缝等措施，形成薄弱截面（图7-14），使塑性铰强震时梁会向外移动。 7-15)的目的，达到强震时梁的塑性铰向外移动的目的。

半刚性连接的施工要求

梁柱节点的半刚性连接常采用以下两种施工形式。

柔性连接的施工要求

角钢或连接板通过高强螺栓与梁腹板的连接（摩擦式或承压式）可视为柔性连接。

刚性梁柱节点承载力计算

钢梁、钢柱之间的刚性连接一般应按下列规定校核计算：

(1)抗震框架节点承载力计算；

(2)连接焊缝和螺栓的强度校核；

(3)柱腹板受压承载力计算；

(4)柱翼缘受拉区承载力计算；

(5)梁柱节点域承载力计算。

抗震框架节点承载力计算

(1)“强柱弱梁”式节点承载力验算

对于抗震设防烈度为7级及以上的结构，为保证实现“强柱弱梁”抗震设计准则，在框架的任意节点处，与该节点相交的各柱截面的塑性和位于验证平面内的各梁截面的抗弯矩和塑性抗弯矩应满足下式的要求：

(2)“强连接、弱杆件”型节点承载力计算

1）节点承载能力验证公式

对于有抗震设防的多层、高层钢框架结构，采用穿柱节点时，为保证实现“强连接、弱构件”的抗震设计准则，节点连接的极限承载力应满足以下要求：满足以下公式的要求：

连接焊缝和螺栓的强度校核

当工字梁与工字柱满焊时钢结构节点连接三维图，可按简化设计法或精确设计法进行计算。 当主梁翼缘弯曲承载力大于主梁全截面承载力的70%时，即可采用简化设计方法进行连接承载力设计； 当小于70%时，应考虑精确的设计方法。

柱腹板受压承载力计算

梁与柱上下翼缘连接处，一般宜设置柱水平加劲肋。 否则，梁翼缘传递的压力或拉力形成的局部应力可能会导致受压点处的柱腹板屈服或屈曲破坏。 拉力将柱翼缘与相邻腹板之间的焊缝拉开，导致柱翼缘过度弯曲（见图7-20）。

柱翼缘受拉区承载力计算

在梁受拉翼缘传递的拉力作用下，除非柱翼缘刚度很大（翼缘很厚），否则柱翼缘在拉力作用下会发生挠曲，应力会集中在腹板附近且焊缝容易损坏，因此对于全焊接或螺栓混合节点，当框架柱在节点处不设置水平加劲肋时，应验算柱翼缘的厚度及其抗弯强度。

梁柱节点域承载力验证

包括节点域的稳定性和强度检查。

当验证计算不满足时，注意加固措施（见图7-25和7-27）。

3、梁与梁之间的连接

施工要求

主梁接头

主梁的拼接点应位于框架节点塑性截面之外，并尽可能靠近梁的反弯点。 工程中常用的有全螺栓连接和焊接螺栓混合连接两种形式（见图7-32）。

次梁与主梁的连接

次梁与主梁的连接一般采用简支连接（图7-33）。 当次梁跨度较大、跨数较多或荷载较大时，为减少次梁挠度，可将次梁与主梁刚性连接。

主梁水平角撑

对于抗震设防，为防止框架梁侧向屈曲，应在节点塑性截面处设置侧向支撑构件或水平角撑（见图7-37）。

梁腹板开口加固

注意洞口位置、洞口尺寸、洞口配筋以及抗弯、抗剪承载力计算（见图7-38）。

承载能力验证

注：用于抗震设防时，为使抗震结构符合“强连接、弱构件”的设计原则，梁节点的承载力应高于基材的承载力。

4. 柱与柱的连接

接头结构要求

柱节点承载力计算

注：用于抗震设防时，为使抗震结构符合“强连接、弱构件”的设计原则，柱节点的承载力应高于母材的承载力。

5、钢柱脚

多层、高层钢结构柱基础按连接方式可分为预埋式、外包式和外露式三种。 12层以上高层钢结构宜采用预埋柱脚。 6、7度时也可采用外包柱脚。 对于仅需要传递竖向荷载的铰接柱脚（如延伸至多层地下室底部的钢柱脚），可采用外露柱脚。

6、其他部件的连接

支持的连接

注意中心支撑节点与偏心支撑节点、多层钢结构支撑和高层钢结构支撑连接的施工和计算差异。

抗震剪力墙板与钢框架的连接

注意钢板剪力墙、内置钢板支撑剪力墙、竖缝混凝土剪力墙板与钢框架的连接区别。

钢梁与钢筋混凝土构件的连接

钢梁与钢筋混凝土构件的连接可采用简支连接或刚性连接，具体取决于混凝土构件的类型和连接方向。

请注意两个连接之间的区别。