钢结构节点连接板设计.docx

1、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2.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 360-102.2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。

< 钢结构设计规范GB 50017-2003 Q表3.4.1-t钢材的弼度设计值(N/mm勺n 村阳抗犀归面肃庄A,牌号厚度泰直痛 ［抽m)215125315Ag"305>«-«!)200USIDfi1901(0Q63LQMH日网Al gasg加A3$~"g1站A邹〜］帅25014SQ3网弟噬w35Q2^S4153>1IS—MIM>35-51>315l叫g1700«0偏宅16380NO444)A♦〜35360210344IM3Z5IBS注：表中厚度系指吐篁点的钢材厚度，对轴心受拉和 轴心受压构件系指载面中较厚板件的厚蚩.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：Strength of Elcmciits in TvnsiunI he clest^n and the aHowahle strength, Nfl /Q, of affected and connecting elements loaded in tension shtil! be the lower value obtained according to the limit 5ttirex 口『renxiie yielding mid tensile rupture.(a) tu>r [enxiIt yielding <)f cttnnecling elemenlsRIt = FyAs (J4-J)。

090 (LRFD) li = I .67 (ASD}(b) For tensile mpturc of connecting elementsRfl =F„Ae (J 4-2}帕0.普[LRFDJ 口罚加俱洵.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6b.板件的抗拉净截面撕裂强度计算，公式用的是Fu注：0（LRFD）和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）7.5连接节点处板件的计算7.5.1连接节点处板件在拉、奶作用下的强度应按F列公式计 算，<7. 5, 1 1)及g由’x? - ——7-^=—寸 I -i-2cos *,式中 、•作用于板件的柿一垢A 第，段破坏面的裁面积-&―吊；当为螺栓（或解钉，迎接时.应取冲截面面积；，一板件摩度：/.—第i破坏股的长度■应峡板件中最危险的破坏线的 苗度（图7. 第，段的拉町折算系数旨1 第|段破坏线与拉力轴戏的夹饬,、⑹焊缝连接 山）螺栓®中谁接 （功螺栓 mrjis接图7.5, 1板件的拉、豹撕裂7.5,2桁架节点板（杆件为轧制T形和双板焊接T形截面者除 外）的强度除可按公式（7, 5. 1.-1）if算外，也可用有效宽度法按下式计算:<7, 5. 2)—N广」式中\ --板件的有效宽度（图7. 5.2＞当用螺栓（或铺钉）连接 时（图7.5.2b）,应减去孔径,图7.5.2板件的有效宽度注：。

为应力折数角*可取3QL7. 5.3桁架节点板在斜腹杆压力作用F的稳定性可用下列方法 进行计算，.1对有竖腹杆相连的节点板♦当<7/<15 /2357J7时3为受 压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离），可不计 算稳定否则，应按附录F进行稳定计算在任何情况下」刀不 得大于22卷而"2对无罪腹杆相连的节点板，当"fWl麻7无时「节点 板的稳史承载力町取为0. 8""当〃£>10 J育577；时，应技 本规范附录F进行楹定计算，但在任何情况下顼力不得大于 17,5 /H57U7. 5, 4当用7. 5. 1〜7, 5. 3条方法计算桁架节点板时，尚应满足 F列要求：1节-点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不应小于15”;2斜腹杆与弦杆的夹角应在3甘~60°之间：3击点板的白由边长度4与厚度t之比不得大于60 V蓉万， 否则应沿自由边设加劲肋予以加强.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Strength of Elements in ShearThe uvuihble Shear strength of affected and connecting elem ents in shear sliull be the lower value obtained according to the limit xtatex of shear yielding and shear rupture'.(a) For shear yielding of the element：Rf/ = 0.60FM 耕 (J牛 3)(j) = 1.00 (LRFD) LI = 1.50 (ASD>where= gross area subject to shear, in/ (nmr)(b) For a hear rupture of the element:Rn — 0-倒)已4伸 (J4-4)(j) =0.75 (LRFD) LI = 2.00 (ASD)whereAt^= nei area subject to shear, in? (mm2)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]>V2.3.2.3板件受剪发生Block Shear (块剪切)Block Shear StrengthThe available st length for the U/nit stale of block shear rupture along a shear failure path or paths and a pcrpcutlicula] tension failitre path shiiH be lakcn as= OK)儿 M +【/加 Er 城 < OMFyA^. + UmRAti ”4-5}争二().75 (LRFD) 二 2IX)(ASD) whereAnf — net area subject to tension, in? (mm?)Where the tension stress is uniform. UjfS — 1 ； where the tension stress is non uni form, = 05.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：刀 &+mi"0.6/；4，,0.6/44>F2.3.2.4板件受压屈曲强度Strength of Elements in CompressionThe a vet!/able strea^ih of connecting elements in compression for the limit slates of yieldifi^ and buckling shall be detennined as follows:ft AIWECT 如 ELEM t-WI' & 5，'I4E M此岫 AND CON N KClIMC EL EM tNT'S L. J+I㈤ When KL;f 3 25n=月也 (J4-6)巾二 0.90

3.节点示例支撑与梁FL10HrusonooSEE TYPICAL CONNECION--'■； IK：Nd I ,Vfl0HimW25X35三2丰FW4TO400PL2O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。