钢架节点设计

钢架节点设计

9.1梁柱节点设计

.梁柱的连接方式：柱翼缘和梁翼缘焊接，梁腹板通过8.8级摩擦型高强度螺栓与柱连接。（见下图9.1）在计算中认为腹板传递剪力，翼缘传递弯矩。从内力组合可以看出，与B轴柱相连梁的端弯矩较大，以B柱的梁柱节点设计为例。其最不利内力为：M=386.5kN·m V=206.4kN.

图9.1 主梁与柱的连接节点图

（1）连续螺栓

采用8.8级摩擦型高强度螺栓M24，摩擦系数μ=0.4，一个螺栓的预拉力P=175kN。

单个螺栓的抗剪承载力设计值为：

N v=0.9nfμp=0.9×1.0×0.4×175kN=63kN

n≥V/N v（V/N v=206.4/63=3.28） 取n=4

螺栓间距 p≥3d0（3d0=3×24mm=72mm） 取p=90mm。

（2）梁柱翼缘对接焊缝

采用引弧板施焊，二级焊缝，边缘最大应力为：

σ=M/W x=MH/｛Bt（H-t）2}

=386.5×106×500/｛200×16×（500-16）2}=257.8N/mm2≤ft（ft=310N/mm2）

（3）柱腹板受压承载力验算

Af f b/b c f c=200×16×310/｛（16+5×25）×310 }mm=22.7mm

≥t w (t w=16mm)

He/30

fy/235=（500-2×25/30）345/245mm=18.2mm

≥t w (t w=16mm)

因此，柱腹板需配置横向加劲肋。根据《钢结构设计规范》取加劲肋厚度为12mm。

（4）柱受拉翼缘验算

为防止与梁受拉翼缘板相连处的柱翼缘板因受拉而发生横向弯曲，柱翼缘板的最小厚度为 te≥0.4

Af

0.4Af=0.4×

20016mm=22.6 tef=25mm≥22.6mm满足要求。

为提高节点的安全性，在梁受拉翼缘对应的位置按构造配置柱横向加劲肋。

（5）梁柱刚性连接处的节点域验算

因为B柱两侧的弯矩方向相反，相对而言A，C柱更不利，取边柱梁最不利内力，M=386.5kN·m V=206.4kN

（Mb1+Mb2）/V p=（Mb1+Mb2）/h b h c t c w=386.5×106/｛（500-2×16）（500-2×25）×16}=114.7NN/mm2≤4fv/3=240N/mm2）满足要求。

h b+h c/90=｛（500-2×16）+（500-2×25）}/90mm

=10.2mm≤t w (t w=16mm) 满足要求。

9.2柱节点

（1）对于下柱焊接H型柱，拼接接头上，下方各100mm范围内，柱翼缘板与腹板间的焊缝采用全熔透焊缝。

（2）变截面柱接头

变截面区段的坡度采用1：10。采用二级对接焊缝，强度不必计算。

9.3 柱脚节点

本建筑结构采用刚性较大的埋入式柱脚，柱脚混凝土采用C40，柱脚埋深d=3he=3×0.5m=1.5m，根据组合选取最不利内力：

A柱：

M=-74.2kN·m

N=4052.2kN

V=-4.76kN

B柱：

M=115.7kN·m

N=4353.5kN

V=53.3kN

C柱：

M=74.2kN·m

N=4052.2kN

V=-4.76kN

（1）栓钉设计

采用Q345钢，栓钉直径为16mm，其抗剪设计值

N v=0.7Af=0.7×3.14×（19/2）2×295=58519N

N v’=0.43A

Ef

=0.43×3.14×（16/2）2×3.251000019.1=73937N

采用较小值N v=43608N

栓钉承受的剪力：

边柱 N t=M/（h c-t1）=74.2×103/（500-25）kN=156kN

中柱 N t=M/（h c-t1）=115.7 ×103/（500-25）kN=243kN

所需栓钉的数量：

边柱 n=N f/N v=156×103/43608=3.58

中柱 n=N f/N v=243×103/43608=5.57

按构造要求，栓钉的最大的纵向间距应小于200mm，此处边柱与中柱均取栓钉纵向间距为180mm，横向间距为180mm，栓钉数n=24，每侧翼缘布置6×4=24个栓钉。

（2）底板设计

1.确定底板尺寸

边柱 A=N/f c=4052.2×103/19.1=212.2×103㎜2

中柱 A=N/f c=4353.5×103/19.1=227.9×103㎜2

选用B×D=550×600㎜2=330×103㎜2

底板最大应力σmax=N/BD+6M/BD2

=4353.5×103/（550×600）+6×115.7×106/（550×6002）=16.6N/㎜2

f c=19.1N/㎜2≥σmax

且满足D≤2B底板外伸宽度为50㎜，故底板尺寸550×600（图9.2）满足要求。

图9.2 柱脚连接节点

2.底板厚度

底板反力 q=N/A=4353.5×103/（550×600）N/㎜2

=13.1N/㎜2

悬臂板I根部1-1处弯矩

M1=13.1×450×502/2+2×13.1×（1/2×50×50）×（2/3×50）N/㎜=8.46×106N/㎜

悬臂板II根部2-2处弯矩

M1=13.1×500×502/2+2×13.1×（1/2×50×50）×（2/3×50）N/㎜=9.28×106N/㎜

t2=6M2/bf=69.2810^6/（500295）=19.4㎜

所以底板厚度取20mm。

3.柱身与底板水平角焊缝连接 取周边焊缝lw=2×｛450+（450-16）+500}mm=2768mm

需要焊脚尺寸

ht=N/0.7lwβf ff

=4353.5×106（/0.7×2768×1.22×200）mm=9.2mm

采用hf=10mm

h min=1.5

t=1.525=7.5mm

h max=1.2tem=1.5×16mm=19.2mm

h min≤ht≤ h max 满足要求。

（3）钢柱受压翼缘到基础梁端部的距离a

h0=0.81×5.4m=4.4m

de=d/4=1.5/4=3/8m

Vt=（h0+de）V/（3d/4-de）

=（4.4+3/8）×53.3/（3/4×3/2-3/8）=239.3kN

A es=Vt/fet=239.3×103/1.71㎜2=139.9×103㎜2

B（a+1/2he）-1/2bfhe≥A es

所以（A es+1/2bfhe）/B-h c/2

=（139.9×103+450×500×1/2）/550-500/2mm=208mm

，按构造要求，取a=250mm.

（4）强度验算

1.混凝土压应力

/2h0/d1）^2}V/（bf d） σ=（2he/d+1）｛1+11（（24.4/1.51）^2}53.3×103/=（2×4.4/1.5+1）｛1+1（450×500）=0.542N/

㎜2≤19.1N/㎜2

2.外围钢筋

埋入式柱脚钢筋四周，应按要求设置竖向钢筋和箍筋。

作用于钢柱脚底部的弯矩

M=M0+V d=115.7+53.3×1.5=195.7kN·m

竖向钢筋面积

As=M/（d0fs）

=195.7×106/｛（1000-50×2-25）×300}㎜2=745.5㎜2

d0为受拉侧与受压侧竖向钢筋合力点距离：

Ƿ=As/A=745.5/（1000×950）=0.078%≤0.2%

故按构造配筋

0.2%×1000×950㎜2=1900㎜2

每边设5Φ25@150， As=2454。

竖向钢筋的锚固长度=875mm≥35d（35d=875mm），取900mm，上端设弯钩箍筋Φ10@200，埋入部分的顶部加密箍筋5Φ12@50.

3.锚栓计算

σmin=N/BD-6M/BD2=（13.1-3.5）N/㎜2=9.6N/㎜2≥0

说明没有拉应力出现，仅需要按构造在底板设置锚栓，即柱每边设置2个直径为24mm的锚栓。锚固深度≥25d=25×24mm=600mm，取600mm。