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4个钢结构连接设计中的常见问题,解释的太详细了!

作者:大同顺风彩钢 访问:5 时间:2019-11-26

  原标题:4个钢结构连接设计中的常见问题,解释的太详细了!


  本文共计约:1594字 | 阅读时间:3分钟


  钢结构的连接设计一直以来就是钢结构设计中的一个难点,一方面钢结构连接都比较繁琐,细节较多;另外一方面涉及到一些前提假定。如果不清楚其中的一些“机关”,就很容易对结果产生质疑。由于篇幅有限,本文的内容只包括了梁柱连接和主次梁连接两种类型。


  1


  常用设计法与精确设计法


  在梁柱连接节点的设计中,经常会遇到窄翼缘、高截面的梁。对于这样的梁截面,由于梁翼缘过小,实际在梁柱连接处传递弯矩的,已经不止是梁翼缘了,而是翼缘和一部分腹板形成的一个上下镜像”T”型的截面。


  T型截面的腹板部分高度,可由高钢规8.2.3条有效受弯区高度hm求得。但一般可以偏安全地将腹板全高作为受弯区高度(实际在腹板连接的设计时,也是将全高作为受弯区来验算螺栓受剪的),即梁端的弯矩分配可通过翼缘和腹板的惯性矩比值来进行。


  一般将翼缘连接承担梁端所有弯矩,而腹板只承担梁端剪力的设计方法称为“常用设计法”;而梁端弯矩由腹板和翼缘连接共同承担的设计方法称为“精确设计法”。这两种设计方法可通过翼缘和全截面的塑性抵抗矩比值来确定


  ,当该比值γ小于0.7时,可认为翼缘较弱,弯矩需由一部分腹板传递,设计方法上也应偏安全选择精确设计法;而该值γ大于等于0.7时,则可认为翼缘连接有足够的能力传递所有弯矩,此时可采用常用设计法。但是0.7的界限也并非绝对,程序也提供了人为指定设计方法的选项,对于一些在0.7左右的梁,也可以根据实际情况,灵活选择设计方法,减少螺栓数量。


  2


  梁梁拼接的极限承载力计算


  梁梁拼接的设计也是很多人会经常问到的,而最多问到的,就是“为什么不能采用拼接处的梁内力”。这里可以理解设计人员希望减少螺栓数量的良苦用心,但是在节约钢材量的同时,也不能忘了最基本的设计假定:钢梁是刚度连续无缺陷的。如果按拼接处的实际内力去设计了连接,那么连接处的连接刚度就会小于构件的刚度了,也就相当于这个位置的梁出现了一个缺陷。相信这么解释,应该有很多人就能理解为什么要做等强设计了。


  那么接下来的问题就是,梁梁拼接是否还要判断设计法?很遗憾,由于梁梁拼接的传力方式不同与梁柱连接,所以梁梁拼接始终采用的是精确设计法。当然也有例外,当梁翼缘也为螺栓连接时,腹板的弯矩可以打一个4折,而多出来的部分则是分给了翼缘。


  3


  梁柱连接的极限承载力计算


  抗震规范8.2.8条要求,连接的极限受弯承载力,必须要大于构件的塑性受弯承载力,同时规范也给出了验算公式。注意对比01抗震规范,对于Mu的说明已经由“翼缘的极限承载力”变更为“刚性连接的极限承载力”,也就是说,除了翼缘部分,还应加上腹板连接的极限承载力。对于规范的8.2.8条中,梁柱连接的极限承载力验算公式,很多人理解是这样的:


  按照上面的推算,对于Q235钢材来说,他的强屈比达到了1.5,应该是自然满足了,那么为什么还存在很多Q235的钢梁连接不满足呢?让我们仔细阅读高钢规的8.2.4-3的公式可以发现,对于腹板连接,极限状态和翼缘连接并不相同,翼缘连接是拉断破坏,而腹板连接则是屈服退出工作,所以对圆管和箱型这样天然没有内加劲的截面,承载力则是进一步降低。


  而且这里面要进一步说明的是,有些人理解的腹板的Wpe需要考虑的是扣除螺栓孔的净界面,实际对照公式,屈服面在连接板与柱壁板的交界面,和螺栓孔并没有任何关系。


  4


  主次梁连接的偏心弯矩


  在设计梁柱铰接连接时,程序对于螺栓群的受力,除了端部的剪力之外,还增加一个附加弯矩,由螺栓群中心的偏心导致,即M=V×e。但是这种设计方法用在主次梁铰接连接上时,却会遇到大麻烦,而这个麻烦则是由螺栓群本身的特性所造成的。螺栓群中,每个螺栓的承担的弯矩可以由下面公式计算得到。


  从公式本身来看,可以发现两个特点:


  1)最外排螺栓承受的剪力最大;


  2)在恒定弯矩下,螺栓到中心的距离的平方和越小,承受的剪力就越大。


  所以在主次梁连接中,由于次梁的截面都较小,所以即使偏心弯矩不大,最外排螺栓的剪力也会很大。当螺栓验算不满足时,需要增加螺栓列数,而这种调整又会引起螺栓群偏心的进一步增大,增大偏心弯矩。很多时候,这种调整会带来恶性循环,导致主次梁连接的螺栓数量多到惊人。


  其实对于主次梁连接这样非主要的连接,完全可以做一些假定进行简化。在《钢结构》中建议“考虑到连接处有一定的约束作用,并非理想铰接,可将次梁反力R加大20%~30%”,程序在处理时也采用这种建议的简化方法,将梁端建立放大1.3倍来考虑偏心影响,设计得到的螺栓数量也很合理。


关键词:

      1.钢结构鉴定的分类:在建钢结结构工程质量鉴定、既有钢结构可靠性鉴定与既有钢结构抗震性能鉴定。  

2在建钢结构工程质量鉴定工程质量鉴定的特点和内容通常分两,第一种是指当正在建造的钢结构的正需要根据检测数据结果质量检验结果不满足设计和验收规范要求时,需要根据检测数据结果进行实际工程质量鉴定:第二种是指当正在建造的钢结构遭受自然灾害或人为损伤时,需要根据结构损伤后的检测数据结果进行实际结构性能鉴定。如果需要,这两种鉴定均应确定实际钢结构的当前状态、受力性能特征及承载安全性。

 

2) 在建钢结构工程质量鉴定的内容主要包括:正常质量检验结果不满足设计和验收规范要求的结构构件及节点,必要时,尚应验算实际钢结构的承载能力。

 

      3)在建钢结构工程质量鉴定可参考的国家现行标准主要包括:《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205.《钢结构设计标准》GB 50017、《冷弯薄壁型钢技术规范》GB50018、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《建筑抗震设计规范》GB 50011、《构筑物抗震设计规范》GB 50191.《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99、《高耸结构设计规范》GB 50135、《空间网格结构技术规程》JGJ7以及《索结构技术规程》JGJ257等。

 

      在建钢结构鉴定验算,应采用设计标准进行计算,钢结构体系不同,鉴定验算时参照或依据的标准也不同。

 

      3.既有钢结构工程可靠性鉴定的特点和内容

 

      1)既有钢结构可靠性鉴定是指对正常使用钢结构进行的日常定期的可靠性鉴定以及结构遭受灾害或事故后的可靠性鉴定。日常定期的可靠性鉴定是指根据钢结构使用维护制度确定的频率进行的确定时期的鉴定,与钢结构日常定期检测同期进行钢结构灾害或事故后可靠性鉴定是指当钢结构遭受自然或人为灾害后的结构可靠性鉴定,灾害或事故后鉴定可以是只鉴定结构遭受灾害或事故损伤的构件或/及节点,也可以是整个结构,当需要评定整个结构遭受灾者或事故后的安金性时,应对包括遗受灾害成事故损伤部位的整个独立的结构承载体系进行可靠性鉴定。

 

      2)既有钢结构可靠性鉴定分为两个层级,即构件与节点的可靠性鉴定、钢结构整休可靠性鉴定。可靠性鉴定的内容包括:安全性、适用性和耐久性。

 

3)既有钢结构可靠性鉴定可参考的国家现行标准主要包括:《民用建筑可靠性鉴定标准》

 

      《高耸与复杂钢结构检调与鉴 定标准》B51008、《钢结构检测评分定及加固技术规程》YB 9257、 《危险房屋鉴定标准》既有钢结构工某性鉴定验算时,结构体系不同,参照或依据的标准也不同。

      4)既有钢结构工程抗震 性能鉴定的特点和内容

 

      在按照现行的规范体系, 既有保结构可能性鉴定不包括钢结构抗震性能鉴定,此在现行结构鉴定标准中,结构抗震性能鉴定强度

 

      既有钢结构抗震性能鉴定同样包括日常定期的鉴定以及结构遭受灾害或事故后的鉴定,通常,抗震性能鉴定与可靠性鉴定同时进行。

 

      既有钢结构抗震性能鉴定的内容主要包括结构整体体系以及抗震构造措施核查以及构件与节点,整体结构的抗震性能验算。

 

      与混凝土结构不同,既有钢结构抗震性能鉴定既要验算构件、节点以及整体结构的抗震性能,也要验算组成构件的板件的宽厚比。同时,还需要对构件及节点的连接与构造方式进行鉴定。


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