欢迎光临大同顺风彩钢官方网站!
网站首页 | 公司简介 | 联系我们

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:

  一.钢结构工程管理重点


  钢结构以它绿色环保、工厂化生产、使用空间大等优点越来越受到投资者的青睐。


  在施工方面,钢结构在工厂制成构件运至现场,因此构件吊装、测量校正、焊接时间比钢筋砼施工时间短,施工人员比钢筋混凝土结构少。


  在施工管理方面,钢结构需要较长的准备时间,大型钢结构施工应从工程开工前一个月左右进行详图深化设计、钢材采购、工厂加工等工作,才能确保钢构件连续进场吊装。


  详图深化设计、钢材采购、工厂加工、现场安装焊接等各个关键环节必须统一管理,与土建、机电设备、内装修、外装修幕墙等专业密切配合。


  由于钢结构工程本身的技术复杂,因此在总承包项目经理部内设立钢结构部,全部人员均为具备多年钢结构施工管理经验的专业人员,熟悉多层钢结构工程施工技术要求和施工管理流程。将钢结构管理融入项目统一管理有利于总承包项目经理部对土建、钢结构、机电设备、装修各专业协调管理。因此,详图深化设计、加工详图设计、钢材采购、工厂加工、现场安装焊接等管理是工程总承包管理的重点。


  二.进度保证措施


  为确保钢结构施工总体进度计划顺利实现,总承包方应从现场日进度计划管理、深化设计工作质量、钢材供应采购、钢结构制作分承包方选择、制作厂监管、现场堆放场地调配、进料计划管理等方面进行综合管理,为此我司制定了以下措施:


  1.本工程将成立钢结构部,主持钢结构深化设计、加工详图设计、主要材料采购、制作厂选择、制作厂监管、现场安装进料计划制定、场地协调等工作,从而实现钢结构施工进度计划的统一管理。


  钢结构部的人员应熟悉钢结构及钢管结构,具备多年的钢结构工程施工管理经验。


  2.钢结构深化设计能力和速度直接影响钢材采购订货时间,因此钢结构深化设计我司将选派具备10年以上钢结构设计经验的一级钢结构注册设计师主持该项工作,从而能够与原设计院和设计人员建立良好的沟通能力。在最短的时间内完成深化设计是钢材定尺采购的关键。


  3.钢结构加工厂从设备能力、人员能力、质量控制能力、生产管理能力、资金调配能力等各方面满足工程需要,确保构件按计划时间运到现场。


  三.钢结构制作技术重点分析


  (一)施工重点与难点


  1.  弧型箱型钢梁为屋面结构重要受力杆件,杆件自身节点位置分支较多,在焊接过程中易产生角变形、扭曲变形、局部或整体变形,若焊接变形得不到有效控制,将会直接导致构件的外形尺寸精度严重超差,构件质量就达不到设计、规范要求,将会给现场安装带来相当的施工难度。


  2. H型钢由于翼缘宽,且板厚为10-20mm,若采用埋弧自动焊焊接,则焊接位置不易操作,而且易产生焊接变形,因此该项结构的焊接是本工程的重点。


  3.柱顶支撑节点均为管-管相贯结构,管的切割下料精度及切口尺寸形状的精度是保证相贯焊接质量关键,因此钢管的相贯线切割是本工程的重点。


  (二)针对本工程钢结构制作重点的技术措施


  1.对于箱型钢梁,为防止变形采用卧式焊接并选择合理的焊接工艺,采用同时、对称的施焊顺序进行焊接。


  2.对于宽翼缘H型钢,采用CO2气体保护焊进行焊接,可减少焊接变形,保证其焊接质量。CO2焊的特点在于熔深大,焊接热影响区小,熔敷效率高,适于全位置焊接,生产可实现自动化/半自动化,焊接质量高,生产率高,相对成本低。


  3.在相贯线数控切割机上进行切割,可保证其切割精度。其工艺过程是在计算机建模后,在该设备上直接切割下料,不仅切割精度高,而且速度快。


  (三)重点工艺的控制


  A.箱型构件的加工


  1.加工工艺流程


  2.精度保证方法


  2.1箱型柱、梁面板下料时应考虑到焊接收缩余量及后道工序中的端面铣的机加工余量。


  直形箱型柱、梁采用德国进口的ESAB 数控切割机进行保证。并采用两个旋转三割炬同时切割,保证钢板两边收热均等,不产生旁弯和变形。数控控制精度如上表,远远高于规范要求。


  弧形箱型梁先在钢板上划弧线,然后采用半自动轨道切割机下料,能够满足规范要求。


  说明: 上面左图为箱型柱隔板组装设备,工作平台的尺寸可根据工件的大小进行调节(图中未显示)。上面为8只锁紧气缸。


  2.3弧形梁腹板必须事先采用棍压机棍压成所需要的弧形。如上图所示


  2.4然后将箱型柱的两块翼板置于滚道上,使三块箱型柱面板的一端头平齐再次用油缸进行夹紧,最后将隔板、腹板、翼板进行定位焊,保证定位焊的可靠性


  2.5为减小焊接变形,采用两侧焊缝同时焊的焊接工艺。


  3.焊接质量保证措施


  采用合理的焊接工艺。


  3.1 双面坡口时宜采用两侧对称多道次施焊,避免收缩应变集中。


  3.2 采用适当小的热输入多层焊接,以减小收缩应变。


  3.3 箱形柱角接接头,当板厚较大,侧板板边火焰切割面宜磨(或刨)去由热切割产生的硬化层组织。


  3.4 采用低氢、超低氢焊条或气体保护焊方法。


  3.5 采用或提高预热温度施焊,以降低冷却速度,改善接头区组织韧性,但采用的预热温度较高时易使收缩应变增大。


  3.6采用焊后消氢热处理加速氢的扩散,防止产生裂纹。


  B.支撑多支节点的相贯连接


  本工程部分节点为枝状构造,多根杆件交汇一点的现象较为普遍,这对加工中杆件的下


  料、组对、焊接变形的控制都提出了较高要求。


  1.典型节点形式


  2.精度保证措施


  由于大型钢结构部分空间箱型构件节点形式为相贯线构造,因此相贯线节点的制造精度为本工程的一大重点,因此,相贯线的加工制造要选用精度较高的加工设备,进行多种设备详细比较后拟采用进口六维相贯线切割机,最大限度的满足加工精度要求,该设备具有火焰和等离子切割两种方式,能够切割直径50mm-800mm的各种管件接头,并同时开好焊接剖口。


  四.钢结构安装技术重点分析


  大型钢结构施工难点在屋面的空间钢结构体系的施工。因此,结构的空间定位精度决定了整个屋面体系的现场安装精度和安装后的结构受力均匀状况,对整个结构体系的安全性至为重要。因此,我们在弧形屋面梁安装的过程中建立空间三维坐标体系,使用全站仪全程跟踪测量弧形构件的空间定位,由2台电子经纬仪完成最终的精确定位,确保安装精度。


  步骤一  全站仪跟踪定位


  步骤二  电子经纬仪精确定位


  采用自动准直精密电动经纬仪和自动跟踪精密全站仪为传感器,利用数据通讯设备将两台仪器的观测数据传送给与之相连的计算机,并根据相应的软件对观测数据进行处理,实时获得肋梁标志点位的空间位置和肋梁的几何形状。


防尘网 墙面板 Wall Panel YX12-110-880型(V-110型) 防尘网 装饰板-Decorate Panel YX20-450-820型(仿古瓦)   C,Z型钢 钢结构 墙面板 Wall Panel YX17-110-880型(建筑围挡) 钢结构  组合式楼承板 屋面板Roof Panel YX51-410-825型(角驰咬口式)