轻型门式刚架钢结构--连接设计

一、边柱与框架柱连接节点

门式刚架斜梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式（见图3-19）斜梁拼接时宜使端板与构件外缘垂直。柱翼缘与梁端端板用高强度螺栓连接时，连接处柱翼缘厚度应与梁端端板厚度相同。外伸端板的伸出部分宜设短加劲肋。梁柱翼缘与端板的焊缝应采用熔透焊，焊缝质量等级为二级；腹板与端板的焊缝为等强度角焊缝，焊缝质量等级为外观检查二级。





关于高强螺栓的计算方式有多种，本文采取了以下假定，这种计算方法较为简捷，结果比较可靠。


假定一：中和轴在受压翼缘中心，一般假定为梁或柱的翼缘中心；


假定二：受拉螺栓为最外侧两排或三排螺栓，受拉螺栓不承受剪力；


假定三：当节点承受压力时，不计入压力对受拉螺栓的有利影响，这样节点设计偏于安全。


（一）受拉螺栓计算外伸端板对称于梁受拉翼缘的两排螺栓为受拉螺栓，每个受拉螺栓的最大拉力Ntp按下式计算：





式中M、N——端板连接处的最不利组合的弯矩与轴拉力，轴力为压力时不考虑；


nt——对称布置于受拉翼缘侧的两排螺栓的总数；


ht——抗弯力臂为梁或柱翼缘中心线间的距离；


n——端板上的连接螺栓总数。


当两排螺栓强度不能满足上方公式的要求时，可计入布置于受拉区的第三排螺栓的共同工作。最大受拉螺栓的拉力Ntp按下式计算：





（二）抗剪螺栓计算除受拉螺栓外，端板其余螺栓均作为抗剪螺栓，每个螺栓抗剪强度按下式计算：





（三）端板连接注意事项


1．端板连接属于半刚性连接，在弹性工作阶段可视为刚性连接；但进入弹塑性工作阶段，由于连接的变形，就成为半刚性连接，具有较好的延性；


2．端板连接应该按照最大内力设计，一般需要验算最大弯矩时的受力状况。当内力较小时，端板连接应能够承受不小于被连接截面承载力的一半设计；


3．主刚架构件的连接应采用高强度螺栓承压型或摩擦型连接；


4．端板连接的螺栓应成对布置。在斜梁的拼接处，应采用将端板两端伸出截面高度范围以外的外伸式连接。螺栓中心至翼缘的距离，应满足拧紧螺栓时的施工要求，不宜小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径；


5．在门式刚架中，受压翼缘的螺栓不宜少于2排。受拉翼缘两侧各设螺栓尚不能满足承载力要求时。可在翼缘内侧增设螺栓。其间距可取75mm，且不小于3倍螺栓孔径；


6．与斜梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度，当端板上两对螺栓间距的最大距离大于400mm时，应在端板的中部增设一对螺栓；


7．对同时受拉和受剪的螺栓，应验算螺栓在拉、剪共同作用下的强度；


8．端板的厚度t应根据表3-6计算，端板厚度不应小于16mm，也不宜小于连接螺栓的直径，当端板与柱翼缘连接时，应将连接处的柱柱翼缘厚度换为端板等厚。





9．柱上端节点域验算。门式刚架横梁与柱相交的节点域应按下式验算节点域的剪应力，当不满足公式要求时应增设斜加劲肋。





10．刚架构件的翼缘与端板的连接宜采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角对接焊缝或与腹板等强的角焊缝，剖口形式应符合现行国家标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝剖口的基本形式与尺寸》GB/T985的规定。在端板设置螺栓处，应按下式验算构件腹板的强度：





上方两公式表示腹板边缘在螺栓拉力作用下，平面内拉应力验算。取板边的拉力分布长度等于螺栓中心到腹板的距离。当不满足上式要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。


二、中柱与刚架梁的拼接节点


中柱通常被设计成为图3-20a的节点形式，即上端与梁采用铰接。当有时侧向位移难以控制时，将中柱与钢梁设计成为刚接将会减少侧移（图3-20b）。对于3-20a的节点，需要计算高强螺栓的抗拉及抗剪承载力。对于节点3-20b仍可以参考边柱梁柱节点计算模式。





三、梁梁拼接节点


梁梁连接通常采用图3-21的形式，螺栓的数量需要根据计算确定。其计算方式可以参照边柱梁柱俩连接节点的计算方式。





四、柱脚节点


门式刚架的柱脚分为铰接和刚接两类，其常用形式如图3-22所示。






1．铰接柱脚的计算


(1) 柱底板尺寸。柱底板长、宽尺寸应满足





底板下压应力较大时，宜设底板加劲肋，底板厚度tB按底板被加劲划分区格（图3-22a）,由式（3-65）计算确定，同时不宜小于16mm，并不小于柱翼缘厚度。







注：当b2/a2