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【设计交流】门式刚架结构的连接节点设计

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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。

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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:

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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:

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(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,

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(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。

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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。

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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/T 985的规定。在端板设置螺栓处,应按下式验算构件腹板的强度:

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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。

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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。

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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。

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1.铰接柱脚的计算

(1) 柱底板尺寸。柱底板长、宽尺寸应满足

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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。

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注:当b2/a2<0.3时,按悬伸长度为b2的悬臂板计算。


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