钢结构节点连接板设计,看国标、美标怎么说!

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来源:筑龙结构设计 作者:刘超峰 如有侵权请联系删除 本人对于节点设计的看法 节点设计在钢结构设计中占有举足轻重作用。 合理的连接形式直接决定了结构是否如预期力学模型一样明确传力,此外为符合施工现场安装作业要求节点连接形式也是很有讲究的。当然,节点必须满足承载力要求,其组成元素包括:结构构件、焊缝、螺栓、加筋板件、连接板等,均需满足相应的计算及构造要求。

来源:筑龙结构设计

作者:刘超峰

如有侵权请联系删除



本人对于节点设计的看法

节点设计在钢结构设计中占有举足轻重作用。 合理的连接形式直接决定了结构是否如预期力学模型一样明确传力,此外为符合施工现场安装作业要求节点连接形式也是很有讲究的。当然,节点必须满足承载力要求,其组成元素包括:结构构件、焊缝、螺栓、加筋板件、连接板等,均需满足相应的计算及构造要求。

对于国标,除了简单的焊缝、螺栓、连接板(计算形式较单一)的相关计算,构造方面则更多一些,一般来说均参照《钢规》、《节点设计手册》即可。而对于美标,经鄙人近一年来的钻研,发现各种节点形式均以计算为主,构造为辅。美国钢结构协会发布的用于节点设计的规范和手册数量极多,就拿连接板来说,基本上各种形式都有计算参照。鄙人截至目前草草看过了七八本美标节点设计规范,因为该规范均为外语、英制单位、符合美国当地材料的一些参数以及个人水平堪忧,所以研究效果大打折扣,但依旧是收货颇丰。

鄙人所有项目的节点设计均为手绘手算,不借助任何计算软件、工具箱(除查阅必要参数)。因为节点形式繁杂,大部分的软件难以合理有效计算,加上鄙人对口的国外咨询公司十分不信任国内相关软件、工具箱用于节点设计,因此只能挨个手算、手绘。期间查阅一本本美标规范和手册尽可能找到计算依据,因此对于节点设计也算打下来一定基础。例如一些节点尺寸,大致能做到抬手就画,有的放矢。当然很多地方依旧无法计算清楚,只能简化处理!

国标与美标计算参数的区别

美标体系庞大,节点设计甚为繁杂,一种连接节点计算或许要依据数本规范和手册。美标相对于国标在许多方面上都要细致,节点构造要求和计算公式大相庭径。一般国内单位设计国外美标项目都是用中国材料加工打包发往海外,现就如何用美标计算国内材料,下面我通过板件计算举例简要说明(螺栓,焊缝以后再说)。

2.1 参照规范

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)

GB-T1591-2008(低合金高强度结构钢)

Specificationfor Structural Steel Buildings ANSI/AISC 360-10

2.2 强度设计值

国标板材强度设计值,就拿Q345B的板材来讲,参照国标《钢规》表3.4.1-1。

美标中没有国标所谓的“设计值”,均是使用屈服强度Fy和极限抗拉强度Fu通过各公式直接计算板件的强度。比如我想验算板件的抗拉屈服强度和抗拉撕裂强度:

a.板件的抗拉毛截面屈服强度计算,公式用的是Fy,那么对于国内材料涉及不同板厚时就要使用不同的屈服强度。见GB-T1591-2008(低合金高强度结构钢)这本书,表6

b.板件的抗拉净截面撕裂强度计算,公式用的是Fu。

注:Φ(LRFD)和Ω(ASD)是美标中不同的荷载组合设计方法。对应不同设计方法,板件设计强度Rn需要乘以相应系数。其中,LRFD设计方法基本等同于国标荷载组合,那么对于板件毛截面屈服强度Rn需要乘以0.9系数,也就是0.9Fy*毛截面面积,基本上与国标设计值f*毛截面面积相等。

2.3 常见板件验算公式

2.3.1 国标中7.5章连接板验算(均为抗剪拉计算)

关于上面国标公式7.5.1-1,国标为了简化计算,把拉剪作用产生的拉剪应力,通过拉剪折剪系数统一表示;对照下面美标验算块剪切时,就把抗拉和抗剪设计值区分开!

2.3.2 美标中连接板的验算:

2.3.2.1 板件毛截面受拉屈服和净截面受拉撕裂

2.3.2.2 板件毛截面受剪屈服和净截面受剪撕裂

假设主次梁铰接的连接板受到剪力作用。

需要验算板件毛截面剪切屈服强度:

0.6Fy*Agv(毛截面面积,等于315*10)>V;

还需验算板件净截面撕裂强度:

0.6Fu*Anv[净截面面积,等于(315-24*4)*10]>V

2.3.2.3板件受剪发生Block Shear(块剪切)

依旧以上面主次梁铰接为例,在受到剪力作用时,连接板需要验算发生块剪切时的强度。

取:垂直剪力方向板件的抗拉极限强度+剪力方向发生撕裂长度的板件毛截面抗剪屈服强度和净截面抗剪撕裂长度的减小值>V,即:

2.3.2.4板件受压屈曲强度

受压板件:K(计算长度系数)*L(板件长度)/r(板件回转半径)即受压长细比小于25时,不考虑受压失稳,板件受压强度为Fy*Ag(毛截面受压面积),否则需要考虑受压失稳,使用E章受压构件计算公式计算。

节点示例

最近计算了一些节点,随意列出几个截图示例:

支撑与梁

柱顶梁做滑动

大梁与柱子交接

典型支撑节点

刚接柱脚节点

不难看出以上节点使用一些软件和工具箱难以贴合实际计算,因此对于节点设计,通过合理运用规范、手册,进行手画和手算是极其必要的。此外,正确运用美标的一些计算方法设计节点也可以弥补国标一些不足之处。具体到各种节点的简化计算在此后的更新文章中阐明。



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