潘東岳

【摘要】裝配式鋼結構在目前的建筑設計中很常見，其相較于傳統(tǒng)的混凝土建筑的形式，性價比和穩(wěn)定性都更具優(yōu)勢，尤其是對于一些內(nèi)部設計復雜的建筑施工，裝配式鋼結構能夠在保證質(zhì)量的同時不影響速度，而梁柱節(jié)點部分是其中的重點部分。本文以裝配式鋼結構為出發(fā)點，詳細地研究了梁柱節(jié)點如何滿足當前施工的需求。

【關鍵詞】裝配式鋼結構;梁柱節(jié)點;研究

1.鋼結構與裝配式鋼結構

經(jīng)過長期不斷改進和創(chuàng)新，我國的建筑行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到一個新的高度。而在對傳統(tǒng)的建造工程項目進行改進時，要充分結合當前的施工環(huán)境來思考問題，把最適合的項目結合到工程當中。鋼結構在目前的建造工程中很常見，其強度和實用性都與現(xiàn)代化的建造設計理念相契合。裝配式鋼結構與鋼結構的差別是很大的，盡管鋼結構是天然的裝配式結構，但鋼結構卻不一定都是裝配式建筑。傳統(tǒng)的鋼結構都是采用焊接的方式對梁柱進行施工，由于焊接處承載的壓力非常大，很容易會出現(xiàn)梁柱斷裂的狀況。裝配式鋼結構很好地解決了這一問題，施工時不會出現(xiàn)焊縫，并且穩(wěn)定性也要遠超傳統(tǒng)的鋼結構。而且裝配式鋼結構的零部件可以批量化生產(chǎn)，不用再像之前那樣需要到處采購了，只需在現(xiàn)場進行組裝就能夠投入使用[1]。這樣極大地精簡了施工的環(huán)節(jié)，而且也使得建筑的拆卸變得更加方便。拆除下來的鋼材還能夠進行二次利用，貫徹了綠色環(huán)保的發(fā)展思想，推動了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.裝配式鋼結構中梁柱節(jié)點的設計原則

2.1 強柱弱梁

強柱弱梁在現(xiàn)階段的施工中是很常見的，這種形式是在設計鋼結構的梁柱時，通過把柱體作為主要承重結構來減小梁部受力?？紤]到柱體的承載力，施工人員一般都采取增加柱體的截面面積的方式，接觸面增加了承載范圍自然就得到了提升。而當外力到達一定的標準之后，就需要減小柱截面單位面積內(nèi)承受的作用力，以此來讓主體能夠承受更多的力。施工人員一定要控制好主體的截面積，如果柱體截面超出了設計的范圍，會嚴重影響房屋原本的可利用面積。因此在進行裝配式鋼結構設計時，要從多個方面來進行考慮，根據(jù)房屋建造的實際需求確定柱體的截面積。

2.2 強節(jié)點弱構件

節(jié)點對于裝配式鋼結構是非常重要的，它是連接其中各個配件的主要部位。雖然節(jié)點的體積很小，但是它與裝配式鋼結構內(nèi)部的鋼質(zhì)部件相互連接，并且是整個結構受力的關鍵點。目前節(jié)點所承受的力可以分為以下幾種：剪切力、扭轉(zhuǎn)力和軸向力。復雜的受力體系會增加節(jié)點的工作，使其在高強度的環(huán)境中運行。如果節(jié)點的強度不夠好的話，就會出現(xiàn)該階段無法正常連接的情況，裝配式鋼結構的承重范圍也會因此受到影響。所以工作人員在進行施工環(huán)節(jié)時，要協(xié)調(diào)好節(jié)點與構件施工的關系，借助節(jié)點的強化來提升節(jié)點的承受力。需要注意的是要在不影響施工的條件下弱化鋼制構件，這樣能夠很有效地降低節(jié)點的受力程度，以此來保證節(jié)點在工作時的穩(wěn)定性[2]。

2.3 節(jié)點域

節(jié)點域也是裝配式鋼結構中的重點環(huán)節(jié)，是現(xiàn)階段完成建筑工作的核心內(nèi)容。它會在工作時承受來自多個不同方向的構件的作用力，也是當前裝配式鋼結構中最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。但是節(jié)點域在我國的裝配式鋼結構設計中并沒有受到重視，這也影響了我國建筑行業(yè)的發(fā)展進程。在節(jié)點域承受壓力超出范圍時，會出現(xiàn)結構斷裂的情況。在設計節(jié)點域之前一定要考慮到這一點，使其在工作時保持可塑性。塑性形變可以卸掉來自各個方向的力，節(jié)點域的穩(wěn)定性會因此顯著提升。

3.裝配式鋼結構梁柱節(jié)點連接方式

3.1“工”字形柱與梁柱的節(jié)點連接

懸臂端梁是一種非常簡單的連接方式，其所需要的零部件可以在工廠批量生產(chǎn)，在施工現(xiàn)場就能夠完成拼裝環(huán)節(jié)。這種連接方式要事先計算好各項數(shù)值，懸臂梁的懸臂長度與拼接板的厚度都是很重要的，稍有不慎就會使節(jié)點無法正常運行。因此工作人員一定要切實負起責任，確定各項數(shù)值的精準性，以此來保證連接階段的剛度和穩(wěn)定性。鋼框架與梁柱板之間的連接方式很重要，其在施工中的應用還是比較多的。通過把鋼框架與梁柱板連接在一起，可以計算出其彎矩和轉(zhuǎn)角的關系。而且在實際的施工當中要事先進行建模，這樣能夠保證設計方案的可行性，減少在施工中發(fā)生失誤的概率?？梢园裈型構件與L型構件組合在一起，實現(xiàn)可變梁高的梁柱節(jié)點連接。其中L型是構件比較多變，它能夠適用于承載節(jié)點受到的各種作用力。因此在對節(jié)點承載性進行考慮時，一定要注意L型構件的厚度是否滿足要求。T型構件與L型構件相差很大，它主要起到固定的作用，不直接參與到承載力的控制當中，因此它的強度也與節(jié)點的性能無關。如果想要有效提升節(jié)點的性能，就要控制好節(jié)點的下端板設計，它和節(jié)點承受力是相互影響的。因此工作人員要控制好節(jié)點的承載力，切實完成上述的幾個指標。懸臂端梁式的連接如圖1所示：

3.2 鋼管柱與梁柱的節(jié)點連接

圓柱與套筒的連接是在懸臂端梁的基礎建立的，它可以對外部套筒的厚度進行調(diào)整，然后以此對節(jié)點的承載力進行控制。這一連接方式出現(xiàn)得相對較少，只會應用在具有特殊要求的建筑結構中。這種方式可分為：焊接、栓接與混合連接環(huán)節(jié)，在精簡施工過程的同時保證了施工質(zhì)量。對于高層建筑的施工來說是非常重要的，降低了竣工后返修的概率。這種連接方式還常常用于建筑的維修，對于建筑業(yè)的發(fā)展有著很深遠的影響。外套管式連接的結構是十字型的，其管壁的厚度與節(jié)點性能息息相關，其承載力也會跟隨其厚度的變化而變化。但是如果管壁的厚度超出范圍時，會因為因套管過重影響節(jié)點的性能。而內(nèi)套管式連接相比之下就很麻煩了，它的施工周期非常地長，而且其施工效率也很容易受到外在因素的影響。但是這種方式的效果還是不錯的，它能夠非常有效地保證節(jié)點的各項性能。工作人員在施工時需要注意管壁的調(diào)控，大于柱壁厚度2mm時的效果是最好的。圖2是圓柱套筒連接的示意圖：

4.研究內(nèi)容

從目前所連接的裝配式鋼結構出發(fā)，人們發(fā)現(xiàn)了一種帶法蘭盤的新型節(jié)點連接形式。為了從各方面證明其節(jié)點的受力性能，需要按照實驗要求增加兩組節(jié)點，分別為外環(huán)板式節(jié)點與焊接式節(jié)點。之后作為法蘭盤式節(jié)點性能進行對比，通過數(shù)據(jù)列舉出其優(yōu)勢和劣勢。本文主要對承載力的實驗進行探究，對各類節(jié)點的性能進行相關的比較。工作人員在進行研究時，要將三組節(jié)點梁的連接均按等強度原則進行。通過懸臂拼裝的方式進行連接，新節(jié)點在柱的連接則是通過上柱底和下柱頂?shù)姆ㄌm盤通過螺栓進行連接。

5.節(jié)點研究方法概述

5.1 試驗測定法

在進行節(jié)點性能研究時，可以測得節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線，這是現(xiàn)階段認可度最高的節(jié)點性能檢測方法。但是該方法存在的缺陷也很多，例如其實驗的數(shù)據(jù)會受到外在因素的影響產(chǎn)生偏差，從而導致實驗的最終結果不符合真實的情況。因此工作人員要反復進行實驗，以此來避免其中的偶然性。但是這樣會消耗大量的資源，其所產(chǎn)生的高額費用難以解決。

5.2 曲線擬合法

工作人員在對節(jié)點性能參數(shù)進行分析時，要注意把得到的曲線轉(zhuǎn)換為公式，這樣能夠便于設計人員進行使用。彎矩-轉(zhuǎn)角曲線能夠反映出很多的問題，是梁柱節(jié)點性能的真實寫照。但是在進行曲線擬合需要詳細的參數(shù)數(shù)據(jù)，因此要先通過多次試驗來獲取數(shù)值，然后才能進行相關的擬合環(huán)節(jié)。

5.3 塑性分析法

塑性分析法是在曲線擬合法的基礎上進一步研究，需要對于測得的數(shù)據(jù)進行檢驗，還要結合理論知識找出更精準的曲線。只有這樣才能夠還原真實的情況，全面地表現(xiàn)各個節(jié)點的性能。

5.4 解析法

解析法相比之下有所不同，一般是通過兩種不同的形式進行推導，表達彎矩-轉(zhuǎn)角曲線以及構件的荷載-變形表達式。然后通過與其他構件的計算進行整理，得到一種較為合理的擬合曲線。另一種形式采取的是單獨試驗的方法，在對數(shù)據(jù)進行整理之后得到相關的表達式，再利用協(xié)調(diào)計算求出節(jié)點的連接曲線。

6.結束語

建筑是人們?nèi)粘＞幼『突顒拥膱鏊?，所以人們對建筑的設計是很重視的。而裝配式鋼結構在當前的建造施工中很重要，所以施工單位要高度重視裝配式鋼結構的，并對梁柱節(jié)點的連接進行深入性研究。這樣才能夠保證整座建筑內(nèi)部結構的穩(wěn)定，讓人們能夠放心地去使用和居住。本文介紹了幾種常見的梁柱節(jié)點連接方案，希望能為我國的建筑行業(yè)發(fā)展提供一點幫助。

參考文獻

[1]曹楊，陳沸鑌，龍也.裝配式鋼結構建筑的深化設計探討[J].鋼結構，2017（2）：72-76.

[2]倪真，趙越，劉學春，等.模塊化裝配式鋼結構桁架梁承載力性能研究[J].工業(yè)建筑，2018（8）：14-18.

（作者單位：上江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司）

【中圖分類號】TU391

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）10-0102-02