第六章第五節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接構(gòu)造

gaocen · 發(fā)表于 2013-2-20 17:21:27

本帖最后由 gaocen 于 2013-2-21 15:39 編輯

以上介紹了鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用、材料及其性能、兩大基本連接和三大基本構(gòu)件的計(jì)算方法，以下介紹鋼構(gòu)件間的常用連接構(gòu)造。

構(gòu)件間連接構(gòu)造的基本原則是：傳力均勻、直接、可靠，符合構(gòu)件內(nèi)力分析時采用的計(jì)算簡圖；構(gòu)造簡單，便于制造和安裝；做到設(shè)計(jì)可靠、省料和省工。

連接構(gòu)造主要包括次梁與主梁的連接、梁與柱的連接（柱頭）和柱與基礎(chǔ)的連接（柱腳）。按連接的傳力和變形情況，工程實(shí)際中常用的構(gòu)件間連接可分鉸接和剛接兩大類。鉸接連接主要傳遞豎向力，如次梁與主梁的鉸接連接主要傳遞次梁的豎向反力，梁與柱的鉸接連接主要傳遞梁端反力，柱與基礎(chǔ)的鉸接連接主要傳遞柱身傳來的軸心壓力。剛接連接則除了傳遞豎向力外，還應(yīng)同時傳遞連接處的彎矩。連接構(gòu)造的形式多種多樣，下面列舉幾種常用的連接構(gòu)造。

一、次梁與主梁的連接

1 ．鉸接連接

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圖 6-42 示最常用的一種連接形式，次梁連于主梁的橫向加勁肋上。圖中主梁左側(cè)所示為用普通 C 級螺栓連接時的構(gòu)造；右側(cè)所示為當(dāng)次梁荷載較大而改用角焊縫連接時的構(gòu)造，此時圖上的螺栓為安裝定位和臨時支承需用，傳力計(jì)算中不預(yù)計(jì)入。當(dāng)次梁與主梁為如圖 6-42 所示的平位連接時，次梁梁端上部要割去部分上翼緣和腹板，梁端下部要割去半個翼緣板。為了考慮連接并非完全簡支，宜按次梁支座反力 V 的 1 . 20~1 . 30 倍，即按（ 1 . 20 ~l , 30 ) V 計(jì)算所需連接螺栓數(shù)目或所需焊縫尺寸。螺栓的承載力設(shè)計(jì)值取按孔壁承壓和栓桿單剪求得的較小值。角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值中應(yīng)考慮因高空立焊焊接條件較差而采用折減系數(shù) 0 . 90 。由于次梁端部需切去一部分截面，當(dāng)用螺栓連接時還應(yīng)按矩形凈截面的最大剪應(yīng)力驗(yàn)算次梁端部的抗剪強(qiáng)度，即應(yīng)滿足：

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式中 Awn― 扣除螺栓孔截面后的次梁腹板凈截面面積。

對圖 6 -42 左邊的連接，還應(yīng)驗(yàn)算次梁腹板的塊狀剪拉破壞。

圖 6 -43 示用連接件（連接鋼板或連接角鋼）的次梁與主梁簡單連接。此時若樓面板鋪設(shè)條件容許次梁采用低位連接時，可避免在次梁端部進(jìn)行切割，如圖 6 -43 ( a ）所示。當(dāng)次梁用平位連接時（圖 6 -43b ) ，也只需對次梁端部的上部進(jìn)行切割。圖 6 -43 ( a ）和（ b ）所示均采用兩只連接角鋼作為連接件，在工廠制造時，將連接角鋼用螺栓或焊縫與次梁相連（次梁端部應(yīng)縮進(jìn)連接角鋼外伸邊表面 10mm )，在安裝時才用螺栓或焊縫與主梁腹板相連。從節(jié)省材料和便于施焊考慮，工廠連接宜用焊縫，工地連接宜用螺栓。連接件也可改用一塊豎向短鋼板，此時應(yīng)將連接鋼板在工廠中焊接于主梁腹板，而在安裝時將次梁用螺栓與連接鋼板相連，如圖 6 -43 ( c ）所示。

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2 ．剛接連接

圖 6 -44 為次梁與主梁的剛接連接構(gòu)造示例，連接需傳遞次梁端部的豎向反力 V 和彎矩 M �？蓪⒑位饕涣ε� H· h , h 為次梁上、下翼緣形心間的距離。次梁上翼緣中的拉力 H 由蓋板承受，根據(jù) H 力的大小確定所需蓋板的截面積，蓋板與每一次梁用三面圍焊的工地角焊縫連接，按 H 力可算出所需焊縫的 hf 和 lw。主梁兩邊的蓋板平面為魚尾形，故稱為魚尾板，它可使焊縫受力均勻和處于俯焊的焊接位置。主梁腹板兩側(cè)于工廠制造時即各焊接一承托（短牛腿），承托的水平板寬度應(yīng)大于次梁的翼緣板，次梁置于承托上面，用工地角焊縫（俯焊）相連，此工地角焊縫應(yīng)承受次梁下翼緣板傳來的水平壓力 H 。此外也可采用對接焊縫與主梁腹板相連。豎向反力 V 的作用點(diǎn)位置可假設(shè)處于自承托水平板外邊緣算起的 1 / 3 支承長度處。承托可采用由兩塊鋼板組成的 T 形截面，荷載小時也可采用角鋼。圖中凡工廠焊縫均未示出，使工地焊縫更顯清晰。

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二、梁與柱的連接——柱頭

1 ．鉸接連接

( 1 ）梁支承于柱頂時

圖 6 - 45 所示為梁支承于柱頂?shù)牡湫椭^構(gòu)造。梁端焊接一端板（亦即梁的支承加勁肋），端板底部伸出梁的下翼緣不超過端板厚度的 2 倍。依靠端板底部刨平頂緊于柱的頂板而將梁的端部反力傳給柱頭。左右兩梁端板間用普通螺栓相連并在其間設(shè)填板，以調(diào)整梁在加工制造中跨度方向的長度偏差。梁的下翼緣板與柱頂板間用普通螺栓相連以固定梁的位置。這種支承方式基本上使柱中心受壓，可用于軸壓柱的柱頭構(gòu)造設(shè)計(jì)。柱頂頂板用以承受由梁傳下來的壓力并均勻傳遞給整個柱截面，因而頂板必須具有一定的剛度，通常取厚度：t=20~30mrn ，不需計(jì)算。為了不使柱頂部腹板受力過分集中，在梁的端板下的柱腹板處可設(shè)置加勁肋。頂板與柱頂用角焊縫連接，并假定由此角焊縫傳遞全部荷載，焊腳尺寸通過計(jì)算確定。當(dāng)柱腹板處設(shè)有加勁肋時，柱頂頂板焊縫的這種計(jì)算偏于保守，因這時大部分荷載將由加勁肋傳遞。加勁肋的連接需經(jīng)計(jì)算。加勁肋頂部如刨平頂緊于柱頂板的底面，此時與頂板的焊縫按構(gòu)造設(shè)置，否則其與頂板的連接角焊縫應(yīng)按傳力需要計(jì)算。加勁肋與柱腹板的豎向角焊縫連接要按同時傳遞剪力和彎矩計(jì)算，剪力為由加勁肋頂部傳下之力，此力作用于每邊加勁肋頂部的中點(diǎn)，對與柱腹板相連的豎向角焊縫有偏心而產(chǎn)生彎矩，參閱圖 6-45 ( a ）右圖。

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圖 6-5 ( b ）示一格構(gòu)式柱的柱頭構(gòu)造，要注意的是：為了保證格構(gòu)式柱兩分肢受力均勻，不論是綴條柱或綴板柱，在柱頂處應(yīng)設(shè)置端綴板，并在兩分肢的腹板處設(shè)豎向隔板。

當(dāng)梁傳給柱身的壓力較大時，也可采用如圖 6 -45 （c）所示構(gòu)造，梁端加勁肋對準(zhǔn)柱的翼緣板，使梁的強(qiáng)大端部反力通過梁端加勁肋直接傳給柱的翼緣，梁底可設(shè)或不設(shè)狹長墊板。但需注意，當(dāng)兩梁傳給柱的荷載不對稱時（如左跨梁有可變荷載，右跨無可變荷載），采用這種形式柱頭的柱身除按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算外，還應(yīng)按壓彎構(gòu)件（偏心受壓）進(jìn)行驗(yàn)算。

( 2 ）梁支承于柱頂?shù)膬蓚?cè)時

側(cè)面連接時最常用的柱頭構(gòu)造如圖 6-46 所示。梁端設(shè)端板，端板底面刨平頂緊支承于早已焊在柱身的托板上，托板一般采用厚鋼板（厚 20-30mm ）或大號角鋼。要按所傳壓力驗(yàn)算端板的承壓面積和托板與柱身的角焊縫連接，在后者的計(jì)算中，還應(yīng)把反力適當(dāng)加大（如加大 25 ％~30 % ）以考慮反力對焊縫的偏心作用。梁通過其端板還用普通粗制螺栓與柱翼緣板相連，螺栓連接不需計(jì)算，純?yōu)楣潭旱奈恢冒礃?gòu)造設(shè)置，因此不能傳遞彎矩；梁只能是按簡支考慮。這種柱頭傳力明確、構(gòu)造簡單、便于安裝，但對梁的加工制造要求較嚴(yán)，梁的長度與兩柱對應(yīng)翼緣板間的距離不能有較大的偏差。梁端板底面要與焊在柱身的托板頂面有良好的接觸。這都要求加工具有一定的精度。此外，柱兩側(cè)梁的反力不對稱時，對柱身還應(yīng)按壓彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。

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2 ．剛接連接

圖 6-47 ( a ）~（c）為常用的梁柱剛性連接示例。圖 6 -47 ( a ）所示為全焊接節(jié)點(diǎn)。梁的翼緣板用坡口對接焊縫與柱相連，為了方便梁翼緣板處坡口焊縫的施焊和設(shè)置墊板，梁腹板上、下端各開 r =30 ~35mm 的半圓孔。梁腹板采用兩條角焊縫與柱翼緣板相連接。這種全焊接節(jié)點(diǎn)省工省料，但需要工地高空施焊，對焊接技術(shù)要求較高。圖 6 -47 ( b ）所示是對圖 6-47 ( a ）節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)，在工廠制造時柱上焊一長度為 a 的懸臂短梁段，在高空用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接與梁的中央段拼接，避免了高空施焊和便于梁的對中就位。此外，高強(qiáng)度螺栓拼接所在截面的內(nèi)力（彎矩和剪力）均較梁端者為小，因而拼接所用螺栓數(shù)量較在梁端用高強(qiáng)度螺栓連接時為少。圖 6 -47 ( c ）節(jié)點(diǎn)與圖 6 -47 ( a ）相似，僅梁的腹板處改用連接角鋼和高強(qiáng)度螺栓連接，目的是使安裝時便于對中就位。圖 6 -47 ( d ）是箱形柱與工字形梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)示例，在梁的上、下翼緣板水平處柱內(nèi)設(shè)置上、下兩橫隔，與柱截面周邊用坡口焊縫焊接，橫隔板厚度應(yīng)大于梁翼緣板厚度，通常最小厚度為 16 ～。梁的翼緣板與柱的橫隔板坡口對接，而梁的腹板則用角焊縫連接于柱身。

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三、柱與基礎(chǔ)的連接——柱腳

柱與基礎(chǔ)的連接部分通常稱為柱腳。柱腳用以把柱固定在混凝土基礎(chǔ)上并把柱中的內(nèi)力安全地通過基礎(chǔ)最后傳給地基，簡單地講就是柱腳具有固定位置和傳力兩大作用。

1 ．鉸接柱腳

圖 6-48 是構(gòu)造最為簡單的一種平板式鉸接柱腳形式，底板用水平角焊縫與柱截面相連，以傳遞柱中壓力。由于角焊縫的焊腳尺寸有一定限制而限制了傳力的大小，這種柱腳一般用于荷載較輕的柱子。當(dāng)荷載較大時，可將柱端截面刨平頂緊于底板，依靠刨平頂緊傳力，但此時仍應(yīng)設(shè)置角焊縫，可按軸力 15 腸計(jì)算，主要用以固定底板位置。大型柱截面進(jìn)行刨平，需較大的加工設(shè)備，不易做到，同時采用的底板厚度也可能較大。

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荷載較大的柱子當(dāng)采用平板式柱腳有困難時，可以采用圖 6-49 所示帶肋板的柱腳形式。三角形肋板焊接于柱身使兩者成為一體，從而加大了能傳遞的荷載。同時，加設(shè)肋板后，把底板分成若干區(qū)格，在基礎(chǔ)反力作用下，板中彎矩可大大減小，從而可減小底板的厚度。

荷載較大的鉸接柱腳還可采用圖 6 -50 所示帶靴梁的柱腳形式。靴梁一般采用兩塊鋼板，柱中荷載通過豎向角焊縫傳給靴梁，靴梁則通過水平角焊縫把荷載傳給底板。根據(jù)需要在兩靴梁間還可設(shè)置橫隔板，以增加靴梁的側(cè)向剛度，更重要的是設(shè)置橫隔板以后，底板被分成許多更小的區(qū)格，底板厚度可因而減小。

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gaocen · 發(fā)表于 2013-2-20 17:26:32

本帖最后由 gaocen 于 2013-2-21 15:42 編輯

2 ．剛接柱腳

框架柱柱腳大多需承受軸心壓力、水平剪力和彎矩，因而需與基礎(chǔ)剛接。

圖 6-51 所示為常用的分離式鋼柱腳，用于格構(gòu)式柱且兩柱肢間距大于或等于 1.5m 時。分離式柱腳實(shí)質(zhì)上是兩個軸心受壓柱的柱腳用連系構(gòu)件連成整體，連系構(gòu)件按構(gòu)造設(shè)置。圖 6-52 為整體式鋼柱腳，主要用于實(shí)腹柱或格構(gòu)柱當(dāng)柱的分肢間距小于 1.5m 時。圖（ a ）所示柱腳的底板平面呈矩形，圖（ b ）所示的底板接近于正方形。柱腳的主要組成部分與軸心受壓柱柱腳一樣，包括底板、靴梁、隔板、肋板、錨栓等。底板用以把柱中彎矩和軸壓力等內(nèi)力轉(zhuǎn)化為底板下壓應(yīng)力使之安全地傳給支承柱腳的混凝土基礎(chǔ)，因此底板必須有足夠的底面積使混凝土基礎(chǔ)頂面所受的最大壓應(yīng)力小于混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。為了增加底板的剛性和底板下受力的均勻性，柱身通過焊縫與靴梁、肋板等相連把柱身中的內(nèi)力向兩旁或四周擴(kuò)散以便均勻地傳給底板。與軸心受壓柱柱腳不同的是，剛接柱腳在彎矩作用下，柱腳底板下可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，而這些拉應(yīng)力的合力必須通過錨栓來承受以使底板與混凝土基礎(chǔ)避免分離。軸壓柱柱腳中錨栓主要用以固定柱腳的位置，其直徑按構(gòu)造要求確定，而剛接柱腳中的錨栓則是重要的受力部件，其直徑需按受力計(jì)算確定。為了增加整個柱腳在彎矩作用下的剛性，錨栓不能直接固定在柱腳底板上（否則底板易彎曲），而必須固定在“錨栓支架”上。錨栓支架各由高為 400mm左右的兩塊豎向肋板組成，肋板上端刨平頂緊并焊接于一水平鋼板上（或角鋼）上，水平板開有容納錨栓的缺口（寬度為錨栓直徑的 1 . 5 倍），錨栓就固定于此水平板上。為了增加剛性和整體性，圖 6-52 ( a ）所示柱身前后的兩個錨栓支架間用豎向隔板相連，而圖 6-52 ( b ）中左右兩錨栓支架間用水平隔板相連。這就是剛接框架柱柱腳區(qū)別于軸心受壓柱柱腳的主要點(diǎn)。

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由于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中要求柱腳具有較高的剛性，目前又出現(xiàn)了埋入式柱腳和外包式柱腳，其剛性大于上述已介紹的鋼柱腳。鋼柱底端焊接底板并配以錨栓，把鋼柱和底板埋入鋼筋混凝土基礎(chǔ)即構(gòu)成埋入式柱腳，如圖 6-53 所示。埋人式柱腳中 H 型鋼鋼柱埋人深度為柱截面深度的兩倍或兩倍以上，按計(jì)算確定。柱中軸力 N 部分由底板直接傳給基礎(chǔ)，部分由焊于柱翼緣板上的栓釘傳給基礎(chǔ)；柱端的彎矩由混凝土基礎(chǔ)承受，見圖 6-53 ( b ）及（。）。若將鋼柱置于混凝土構(gòu)件上又伸出鋼筋在鋼柱四周包一段鋼筋混凝土者為外包式柱腳，如圖 6-54 所示。外包式柱腳和埋入式柱腳主要用于多層和高層鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑中，其構(gòu)造要求和計(jì)算方法可參閱我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這里不多加說明。此外，還有由混凝土結(jié)構(gòu)中“移植”來的插入式柱腳，如圖 6-55 所示，主要用于單層鋼結(jié)構(gòu)廠房中。鋼柱直接插人混凝土基礎(chǔ)的杯口內(nèi)，用二次澆灌混凝土固定。鋼柱插入杯口的深度較預(yù)制混凝土柱的略大，規(guī)范第 8 章中給出了插入深度的要求。這種柱腳構(gòu)造簡單，節(jié)約鋼材，安全可靠。