钢结构梁柱节点抗震设计探讨

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1、钢结构梁柱节点抗震设计探讨摘要：本文通过震害举例，分析了引起梁柱节点破坏的几个原因，论述了梁柱节点常用的处理方法及其特点并提出了几点建议。关键词：梁柱节点，抗震设计，强节点弱杆件，建议abstract:thispaperthroughtheearthquakedamageforexample,analyzesthecauseofdestructionbeam-columnjointsforseveralreasons,thispaperdiscussesthemethodsofdealingwiththecommonlyusedbeam-columnjointsandits

2、characteristicsandputsforwardsomesuggestions.keywords:beam-columnjoints,seismicdesign,strongweakstemanode,theproposal中图分类号：tu973+.31文献标识码：a文章编号：一、前言近年来，钢结构的应用越来越广泛。建筑钢结构以其卓越的抗震性能，轻质高强和安装方便等特点日益受到人们的青睐,在商场、展厅、大型场馆、多高层及超高层等建筑中日益得到应用，如上海金茂大厦、深圳地王大厦、深圳证券交易所、深圳太平金融大厦等。在多层和高层建筑钢结构的抗震设计中，梁柱刚性连接节点

3、是其中的一个非常重要的组成部分，其设计得是否合理将直接影响到结构的安全及稳定。从以往的震害情况来看，梁柱节点又是破坏多发的部位之一，因此，必须对梁柱节点的设计给予足够的重视。二、震害举例及原因分析⑴墨西哥地震1985年，墨西哥西海岸发生里氏8.1级地震，造成城区内102栋钢结构房屋破坏，震后经调查，钢框架的破坏主要发生在梁柱节点连接处。⑵美国北岭地震1994年，美国北岭地震中有100多栋钢结构建筑在梁柱节点处发生了断裂，震后对2066栋钢结构建筑进行考察发现，其中50%在梁柱节点梁端的下翼缘焊缝处有损坏，20%在上翼缘焊缝处有损坏，且断裂发生时梁端翼缘未见明显屈服。⑶日本阪

4、神地震1995年，日本阪神地震中大约有988栋钢结构建筑出现不同程度的损坏，其中有90栋房屋倒塌，266栋房屋中度破坏，300栋房屋轻度破坏。经调查，其最常见的破坏形式也是发生在梁，柱翼缘相交的焊缝区，很多节点发生了脆性断裂，出现了显著的变形，甚至丧失了承载能力，但与美国北岭地震不同的是，断裂发生时梁端翼缘已有明显屈服或局部屈曲现象。从以上几次地震的后果来看，梁柱节点破坏是房屋损坏的重要原因之一，究其原因，主要有以下几点：①节点受力不合理钢框架在水平及竖向荷载的作用下，弯矩极值出现在梁端。即使节点与梁等强，也是节点区先进入塑性。②焊缝金属冲击韧性低美国北岭地震前，焊缝采用e

5、70t-4或e70t-7自屏蔽药芯焊条，这种焊条对冲击韧性无规定，实验室试件或从实际破坏的结构中取出的连接试件在室温下的试验表明，其冲击韧性往往只有10~15j，这样低的冲击韧性使得连接很容易产生脆性破坏，成为引发节点破坏的重要因素。③焊缝缺陷由于焊接操作过程中产生的裂纹、欠焊、夹渣及气孔等，这些缺陷都能成为断裂开展直接断裂的起源。④三轴应力的影响分析表明，梁柱连接的焊缝变形由于受到梁和柱的约束，施焊后焊缝残留三轴拉应力，使材料变脆。⑤构造缺陷由于焊接工艺的要求，梁翼缘与柱连接处设有衬板，实际工程中衬板在焊接后就留在了结构上，因此在衬板和柱翼缘之间就形成了一条“人工”裂缝，

6、导致裂缝开展。鉴于以上分析，采用合理的抗震设计方法来改善梁柱节点的抗震性能，以减轻地震灾害的影响将具有十分重要的现实意义。三、梁柱节点常用处理方法如今，随着抗震知识的不断完善，新的建筑抗震思想观念不断涌现，针对梁柱节点，“强节点弱杆件”的抗震概念设计思想已经为工程设计人员广泛认知及采纳。在此抗震概念设计思想的指导下，人们提出了以下几种梁柱节点的处理方法，如：1.提高焊缝材料强度、韧性、施工质量和焊接工艺；2.改进焊接工艺孔的形状和尺寸；3.采取适当的构造措施迫使梁端塑性铰外移；在这几种方法当中，以第三种方法最为常用，其具体的做法有：⑴加强式连接：如扩展翼缘型节点（图1）；盖

7、板加强型节点（图2）⑵削弱式连接：如犬骨式节点（图3）；腹板开槽型节点（图4）图1图2图3图4现对梁端塑性铰外移的几种做法讨论如下：①加强式连接：包括扩展翼缘型节点和盖板加强型节点，此种处理方式是通过增大梁端及其与钢柱焊接的截面，使梁端及节点承载力高于正常钢梁截面承载力，在地震作用下，加强的梁端及梁柱节点尚未进入全截面塑性受力状态时，接近梁端的正常钢梁截面因刚度较小先形成塑性铰，迫使塑性铰外移，从而起到保护梁柱刚性连接节点的作用。但是在实际的应用中，如果严格按照抗震设计思想的思路来进行设计的话，由于加大了梁端截面，