门式刚架节点螺栓连接的刚度分析

轻型门式刚架结构1.引言2.构造轻型门式刚架结构由水平梁和立柱构成，形成一个门型的结构。

这种结构的主要特点是梁柱节点简单，构造明了。

水平梁和立柱通过螺栓连接在一起，形成一个稳定的整体。

立柱一般设置在建筑物的四角，而横梁则负责承担水平荷载和重力荷载。

3.特点（1）重量轻：轻型门式刚架结构的主要材料是轻钢，因此整体结构的重量相对较轻，降低了施工成本和施工强度。

（2）施工便捷：轻型门式刚架结构采用模块化设计，构件预制，现场只需简单的机械操作和组装拼接即可完成，提高了施工效率。

（3）刚度较高：轻型门式刚架结构采用刚性的钢材构件，能够有效地抵抗风荷载和地震荷载，保证建筑物的稳定性和安全性。

（4）空间利用率高：轻型门式刚架结构不需要设置柱子，可以获得较大的内部空间，适合用作大跨度的建筑物。

（5）可更改性强：轻型门式刚架结构的构造灵活，可以根据实际需要灵活地添加或拆除构件，使得建筑物的形状和大小可以随意改变。

4.应用（1）工业厂房：轻型门式刚架结构适合用作工业厂房，可以满足大跨度、大空间的需求，并且能够有效地承受重荷和荷载。

（2）仓库：轻型门式刚架结构的组件可以简单地进行组装和拆卸，适合用作仓库，能够灵活地满足不同规模和用途的需求。

（3）体育馆：轻型门式刚架结构具有一定的美观性和功能性，在建造体育馆时，可以快速、经济地构建出稳定的建筑物。

（4）商业建筑：轻型门式刚架结构的外观造型简洁大方，适合用作商业建筑，能够与现代建筑风格相融合。

5.结论轻型门式刚架结构作为一种先进的建筑结构体系，具有重量轻、施工便捷、刚度高、空间利用率高等优点，在工业厂房、仓库、体育馆等领域得到了广泛的应用。

随着建筑技术的不断发展，轻型门式刚架结构将继续发挥其优势，成为未来建筑结构的重要发展方向。

门式刚架节点螺栓连接的刚度分析本文通过《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012年版）（下文简称《规程》）7.2节新增节点设计内容，根据节点转动刚度公式，分析了提高门式刚架节点刚度的各种措施，得出了结构设计工作中如何满足刚性节点要求的一些有效措施。

并从工程实际问题出发，提出了一些工程实际应用中具体面临的问题。

标签：门式刚架；梁柱连接；刚性节点1 概述梁柱连接是门式刚架结构的一个基本组成部分，对于整个结构的受力与安全具有重大影响。

一旦连接发生破坏，结构构件再强也不能发挥作用。

门式刚架的梁和柱通常采用半刚性的螺栓端板连接，这种梁柱连接设计有些达不到刚节点要求，不仅使刚架的位移增大，还使其承载力下降。

多跨刚架，中柱全部用摇摆柱时，边柱和梁连接的刚度更是举足轻重[2～4]。

《规程》将梁与柱端板连接节点的刚度计算内容加入修订条文，要求把连接节点设计成全刚性的[1]。

本文针对《规程》中新增刚接节点的相应内容，由EXCEL编写了节点刚度计算程序，分析了提高门式刚架节点刚度的措施，提出了结构设计工作中如何满足节点刚度要求的一些有效措施和具体面临的问题。

2 节点刚度设计探讨梁柱连接节点在弯矩M作用下发生转动，梁端转角大于柱顶转角，二者之差θ即为梁与柱的相对转角。

则节点的转动刚度为产生单位相对转角所需要的弯矩，即R=M/θ。

由公式可知θ角越小，节点刚度愈大，越接近完全刚性。

节点的相对转角θ由主要由柱腹板区的剪切变形、螺栓拉伸、端板及柱翼缘弯曲变形产生，其中，主要为端板弯曲和柱剪切变形。

2.1影响节点刚度的因素分析《规程》中单跨门式刚架梁与柱的连接节点，转动刚度R按照（7.2.21-1）计算。

多跨框架的中柱为摇摆柱时，式中的系数应适当提高，可取40或50。

式中：R——刚架横梁与柱连接节点的转动惯量；Ib——刚架横梁跨间的平均截面惯性矩；lb——刚架横梁的跨度；E——钢材的弹性模量。

节点构造形式可以有多种形式，如梁柱节点横接、竖接和斜接等。

4.2 节点设计一、梁柱拼节点螺栓连接设计及验算梁柱节点采用10.9级M20高强度摩擦连接，构件接触面采用喷砂后生赤锈的处理工艺，每个高强度螺栓的预拉力为155kN，连接方式如图4-1所示图4-1a图4-1b 图4-1c连接处内力设计值34.24,60.08,167.4N kN V kN M kN m === 。

（1） 螺栓强度验算 ① 螺栓抗拉承载力验算0.80.8155kN =124kNbt N P ==⨯1t12222167.40.134.242(0.10.4920.592)8167.40.1 4.2812.05kN 1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑2t 22222167.40.49234.242(0.10.4920.592)8167.40.4924.2864.07kN1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑3t 32222167.40.59234.242(0.10.4920.592)8167.40.5924.2877.96kN1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑均满足抗拉要求。

② 螺栓抗剪承载力验算 螺栓群得抗剪力：bv f 0.90.910.451558502.2kN >60.08kNN P ημ==⨯⨯⨯⨯=最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：v t b b vt60.08877.960.751502.28124N N NN+=+=<满足要求。

（2）端板厚度验算端板厚度取为20m m t =，宽度200m m b =按两边制成类端板计算：w f 85046m m245m me e =-==16.5mmt≥==计算满足。

（3）梁柱节点域的剪应力验算622b c c167.41090.8N m m125N m m4804808Md d tτ⨯===<⨯⨯计算满足。

（4）螺栓处腹板强度验算因为t264.07kN0.4P62kNN=≥=322t2w w64.0710174N m m125N m m468Nfe t⨯==<=⨯满足要求。

门式刚架端板连接节点设计门式刚架端板连接节点设计万叶青（机械部第四设计研究院）[提要] 本⽂介绍了轻钢门式刚架端板连接节点的计算⽅法，提供了端板连接节点梁⾼与弯矩的关系图表，⽤它可以快速确定连接截⾯的⾼度，同时还指出了端板设计中应当注意的⼀些问题。

[关键词] 轻钢结构，门式刚架，端板连接，⾼强螺栓。

1．引⾔轻钢结构是近⼗年来发展最快的领域，它具有⼤跨度、⼤空间，分隔使⽤灵活，⽽且施⼯速度快、抗震有利的特点，已⼴泛地应⽤于机械⼯业⼚房建筑中。

门式刚架常⽤的跨度为15~36m。

为了便于施⼯，⼀般采⽤分段加⼯和运输，到现场后再进⾏拼接安装，这就涉及到门式刚架的连接节点。

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）给出了三种形式的端板连接：端板竖放，端板斜放和端板横放。

实践证明：端板连接是轻钢门式刚架中最为经济的连接形式，⽐通常的腹板—翼缘拼接节省材料和紧固件，现场拼装连接⽅便。

2．端板连接设计门式刚架端板连接节点主要承受的是弯矩和剪⼒。

在我国，对这类端板连接设计采⽤的是传统的⽅法：认为螺栓受⼒为三⾓形分布，利⽤平衡原理分析螺栓的受⼒，然后进⾏其它部分的设计验算。

该⽅法的关键是对旋转中⼼，即中性轴的取法，对此尚存在⼀些争议。

我国的教科书，设计⼿册及有关规范中采⽤的是简化⽅法。

对普通螺栓来说，可假定螺栓群的中性轴在最下⾯⼀⾏的轴线上。

受⼒如图⼀所⽰线性变化，最⼤螺栓拉⼒产⽣在顶部螺栓处。

在弯矩M作⽤下螺栓最⼤拉⼒为：Nt1=M*y1/(m*∑y i2) (1)式中 M----端板处弯矩设计值m----螺栓列数y i----各螺栓⾄中性轴的距离在剪⼒V作⽤下，⼀个螺栓所受的剪⼒为：Nv=V/n (2)同时承受剪⼒和轴向拉⼒的普通螺栓应满⾜下列公式的要求，即[(Nv/N v b)2+(Nt/N t b)2]≤1 (3)为了保证挤压承载⼒的要求尚需满⾜Nv≤N c b (4)上述各式中：Nv、Nt----⼀个螺栓的剪⼒和拉⼒（取受拉⼒最⼤螺栓计算时为N t1）;N v b、N t b----⼀个螺栓受剪和受拉的承载⼒设计值。

维普资讯 陈绍蕃：１刚架端板螺栓连接的强度和刚度『式（）算，要端板厚２．ｒｍ．比试件的６计需５１ａ栓应尽量靠近第２行，所承受的拉力可从它２．１ｎ稍大。

此厚度则曲线完全可以位于３８Ｔｌｌ用分界线之上。

图５所示的线性分布确定，把第１ｄ即．螺２行栓拉力乘以系数（，）ｈ，第３行螺栓ｈ一ｄ／ｄ为中线至受拉翼缘中线问的距离，图５ｄ见。

参１即ｒ０ｈ３从以上几个不同来源的试验资料可知，按照本文公式计算，接刚度可以同时得到连满足。

６结语考文献ａＪＳｒ￣Ｅｇｇ１９．ｌ）３５—ｌｔ．ｎｒ．９０１ｕ：０９本文全面论述了外伸式端板螺栓连接的特性，在此基础上引出实用计算方法。

并抗２ＱｏｏａｄＭｉｉＥｔＳｒ￣１９，１（）４５３ｔｎｙｔｍｈａｒ￣ｔｕｔ９５７８：４￣５ｇ５３ＧｏｏａｄＭｉｍｈｔｔｎｙｉａ７４Ｅｕｏｏ３ＤｅｉｎｆＳｅｌＳｔｔｔｒｓｒｃｄｅ：ｓｇｏｔｅｒｔｕｅＰａｔＥｕｉ，ｃｒＩｔｌｍｎ：Ｃｏ￣ｔｅｏｒＳａｄａｄｉｉ１ｍｔｅｆｔｎｒ：ｏｎｍｔ５Ｄｏｖｉｇｅｄｎｌｌ８９８ＳｒｃｎｔｔｕＥ固§１９，４７：５９８Ｉ（）７０～２拉螺栓集中在受拉翼缘上下侧，算简便。

计端板厚度既满足强度要求又照顾刚度需要。

和现有试验资料对比，明这种方法简便合表理，无须另做刚度验算。

且第３螺栓计算，矩产生的拉力全由节弯受拉翼缘两侧的第１行螺栓承担。

果弯０如矩很大而４个螺栓的承载力不足，以把第３可行螺栓也加入到抗拉的行列中。

时这行螺此Ｓｔｃｕｒｌｓｕｒｔａ１Ｄ．Ｂｕｔｒｔｒｈｔｅ￣ｏｔＬｏｄｏｎｎ６，ｔｉｓＪｋｌ￣ｌａ￥ｒｃＥ学ｌｔｔ。

ｕＳⅢ１８．９５：１１９６６Ａ（｝２一］２３ＳｅｌＲｅ１９７２～２２ｔｅｓ９．巧６７ｈｔａＳＪｅｌＥｇｇ９６Ｉ『）０ｎｒ１９，２１３０～１０：１６３８Ｂｕｓｎ．￣ａＪｏ虹ｒｉａｄｔａｍｌｎ９Ｐｃ￣ａｄＭｏｒｔｃｌ∞ｒ１７．５（４ａｋｌｎ．ｒｓＳｒｔＥＩ－ｉｕｎ９７５１１４６～４８０５１ＤｏｔｎＧｕｌｔｔ脚０ｕｙａｄＭｃｉＪＳｍｃｅ１０１～Ｉ８２ＡＣ９５９（Ｔ２：ＳＥ１６．Ｉｓ’ （接第１上９页）（）绝无证人员、检仪器上岗使用，１杜未７计算机在监测中的应用利用ＣＡ及Ｃ＋＋语言编程，现以Ｄ实下功能：提高观测水平。

门式刚架梁柱连接节点域刚度验算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：门式刚架是一种常用于建筑结构中的支撑结构，其由梁、柱和连接节点构成。

在门式刚架结构中，连接节点是连接梁和柱的重要部分，其刚度对整个结构的稳定性和承载能力起着关键作用。

对门式刚架连接节点域的刚度进行验算是非常重要的。

门式刚架连接节点通常分为节点板式连接和焊接连接两种方式。

节点板式连接通过节点板将梁和柱连接在一起，通过螺栓或焊接进行固定。

焊接连接则是直接通过焊接将梁和柱连接在一起。

在验算门式刚架连接节点域的刚度时，需要考虑节点板的刚度、焊接连接的强度以及节点板或焊接处的应力分布情况等因素。

对于节点板式连接，其刚度主要取决于节点板的几何形状和材料性质。

节点板的刚度可以通过有限元分析等方法进行计算，以确定节点板在承担荷载时的受力情况和变形情况。

在验算节点板式连接时，需要考虑节点板的弯矩和剪力传递能力，以确保连接节点域的刚度满足设计要求。

在门式刚架连接节点域的刚度验算中，还需要考虑整个结构的整体稳定性和承载能力。

门式刚架连接节点域的刚度应满足整个结构在受力时的要求，以确保结构可以稳定地承受外部荷载。

通过对门式刚架连接节点域的刚度进行验算，并根据验算结果进行调整和优化，可以有效提高结构的稳定性和承载能力。

第二篇示例：门式刚架是一种常见的结构形式，通常用于工业建筑和大跨度建筑的梁柱连接节点域刚度验算对于保证建筑结构的稳定性和安全性具有重要意义。

在进行梁柱连接节点域刚度验算时，需要考虑多方面因素，包括节点的受力情况、连接方式、构件形式等。

下文将对门式刚架梁柱连接节点域刚度验算进行详细介绍。

我们需要了解门式刚架的结构特点。

门式刚架由上下承受荷载的梁柱构件组成，梁柱连接节点域是其最重要的部分之一。

节点域的刚度直接影响整个门式刚架结构的受力情况和承载能力。

在验算门式刚架梁柱连接节点域的刚度时，需要考虑节点处的受力情况，包括节点受到的剪力、弯矩和轴力等。

门式刚架节点螺栓受力性能分析摘要：节点的设计是门式刚架中设计过程中极其重要的一环，设计得当与否，将直接影响到结构的整体性、可靠度以及建设周期和成本[1][3]。

节点域连接着梁和柱，它的变形能协调和缓解梁柱的变形，保护其过早破坏。

由此节点的性能直接关系到试件的整体承载力和抗震性能。

本文在ANSYS分析的基础上改进了规范中节点的螺栓受力计算模型。

关键词：节点螺栓受力性能1 试件设计BASE试件根据一单层单跨厂房试设计确定。

跨度20m，柱距6m，檐高7m，坡度为1/10。

其他荷载取值如下：a.永久荷载标准值，合计取0.5 KN/m2。

b.可变荷载标准值，取0.3KN/m2。

c.风荷载标准值，基本风荷载0.4KN/m2。

经计算BASE试件截面尺寸分别见图1和表1。

梁长也取1.0m，柱高取1.6m，端板厚20mm。

连接采用高强度螺栓8个10.9级M20，摩擦系数0.3，端板平面尺寸和螺栓排列方式见图1，除高强度螺栓外，其余材料均为Q235；预拉力为165KN。

图1 BASE 试件尺寸表1 基本试件梁柱明细表项目截面高度截面宽度腹板厚度翼缘厚度梁400 200 6 8柱400 200 10 102 螺栓受力计算轻钢规程中的端板厚度计算公式是利用端板屈服极限平衡原理推出的，公式中螺栓拉力Nt用螺栓的设计拉力代替了螺栓的极限拉力。

但是，轻钢规程中螺栓拉力的计算方法却采用了传统的三角形分布，即假设端板为平面刚性板，而ANSYS模拟的结果表明受力最大的是第二排螺栓，与传统计算方法存在偏差。

这一问题并不是由端板厚度计算公式本身带来的，但实际应用中往往表现为公式计算所得的端板很厚。

由此可见螺栓的计算直接影响到节点另一重要部分端板厚度的确定，正确确定螺栓直径在节点设计中至关重要。

根据有限元计算结果推理螺栓计算模型。

图2、3分别为BASE试件破坏时端板Mises应力和端板沿X轴方向的位移。

（图3横坐标0为端板高度方向下边缘，600mm为端板高度方向上边缘）。