强节点弱构件-钢结构梁柱节点连接计算

浅谈钢结构梁柱节点连接设计方法摘要：随着社会的发展与进步，重视钢结构梁柱节点连接设计方法对于现实生活具有重要的意义。

本文主要介绍钢结构梁柱节点连接设计方法的有关内容。

关键词：钢结构；节点连接；设计方法；梁柱节点；中图分类号：tu391文献标识码： a 文章编号：引言钢结构连接节点设计是钢结构整个设计工作中的一个重要的环节,连接节点的设计是否安全, 对保证钢结构的整体性和可靠度、对制造安装的质量和进度和对整个建设周期和成本都有着直接的影响。

一、钢结构梁柱节点的基本特征在钢结构设计时，对于钢结构的连接形式在计算模型中的确定是钢结构计算、设计必须首先解决的问题，其次要明确传力途径，然后才能将整个结构受力模型简化出来用软件进行分析计算。

按照传力特征不同，节点分刚接、铰接和半刚性连接。

( 1) 铰接连接节点，具有很大的柔性。

钢梁仅在腹板处采用高强螺栓连接，上、下翼缘无需进行现场焊接。

采用铰接时构造简单，使现场安装程序大为简化，现场作业量大大减小，现场安装可以不受天气及季节的影响，钢结构的安装速度大大提高。

但是，铰接连接刚度和耗能性能差，对于结构抗风、抗震不利。

( 2) 刚性连接节点，具有较高的强度和刚度。

其特点是受力性能好，但构造复杂，施工难度大。

设计中梁柱节点一般是做刚接，这是由于梁柱节点承受的荷载一般较大而且还要抵御风荷载和水平地震引起的位移。

( 3) 半刚性连接节点，刚度和强度介于铰接和刚接之间。

我国《钢结构设计规范》中没有给出半刚性连接的具体计算和设计方案，而且节点转动刚度很难确定。

这样的节点形式在工程设计中一般很少采用。

结构设计中习惯的做法是把连接当成理想刚接或者铰接，这样做能够使计算大大简化，得到的计算结果必然与实际存在偏差。

目前，主要通过采用调整系数来减少这种偏差。

二、梁柱节点的设计钢框架中梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力的作用, 是钢框架的主要组成部分, 它的性能直接关系到结构的整体反应。

钢结构节点计算是钢结构设计中的重要环节，它涉及到结构的安全性、可靠性和经济性。

以下是一些常见的钢结构节点计算方法：
1. 焊缝连接节点：焊缝连接是钢结构中最常用的连接方式之一。

在计算焊缝连接节点时，需要考虑焊缝的强度、焊缝的有效长度、焊缝的受力状态等因素。

2. 螺栓连接节点：螺栓连接节点通常用于钢结构的次要连接。

在计算螺栓连接节点时，需要考虑螺栓的直径、螺栓的数量、螺栓的预紧力等因素。

3. 梁柱节点：梁柱节点是钢结构中的重要节点之一。

在计算梁柱节点时，需要考虑节点的受力状态、节点的刚度、节点的强度等因素。

4. 支撑节点：支撑节点用于支撑钢结构的柱子或梁。

在计算支撑节点时，需要考虑支撑的类型、支撑的位置、支撑的受力状态等因素。

5. 桁架节点：桁架节点是桁架结构中的重要节点之一。

在计算桁架节点时，需要考虑节点的受力状态、节点的刚度、节点的强度等因素。

以上是一些常见的钢结构节点计算方法，具体的计算方法需要根据具体的结构形式和受力情况进行选择。

在进行钢结构节点计算时，需要遵循相关的设计规范和标准，确保结构的安全性和可靠性。

“梁H柱强轴悬臂段螺栓刚接”节点计算书一. 节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》（第二版）节点类型为：梁H柱强轴悬臂段螺栓刚接柱边节点内力采用：等强内力柱边节点采用设计方法为：常用设计梁梁节点内力采用：梁端节点力梁梁节点采用设计方法为：常用设计梁截面：H-390*198*6*8，材料：Q235腹板螺栓群：10.9级-M20螺栓群并列布置：4行；行间距70mm；1列；螺栓群列边距：45 mm，行边距45 mm翼缘螺栓群：10.9级-M20螺栓群并列布置：1行；2列；列间距70mm；螺栓群列边距：45 mm，行边距40 mm腹板连接板：300 mm×185 mm，厚：8 mm翼缘上部连接板：325 mm×198 mm，厚：8 mm翼缘下部连接板：325 mm×80 mm，厚：8 mm外伸长度为：L=550mm梁梁腹板间距为：a=5mm节点前视图如下：节点下视图如下：二. 荷载信息设计内力：组合工况内力设计值组合工况1 0.0 115.4 152.3 否三. 验算结果一览焊缝应力(MPa) 76.0 最大160 满足焊脚高度(mm) 7 最大7 满足焊脚高度(mm) 7 最小4 满足最大拉应力(MPa) 215 最大215 满足最大压应力(MPa) -215 最小-215 满足承担剪力(kN) 28.9 最大126 满足列边距(mm) 45 最小33 满足列边距(mm) 45 最大64 满足行边距(mm) 45 最小44 满足行边距(mm) 45 最大64 满足外排行间距(mm) 70 最大96 满足中排行间距(mm) 70 最大192 满足行间距(mm) 70 最小66 满足净截面剪应力比 0.272 1 满足净截面正应力比 0.000 1 满足净面积(cm^2) 33.9 最小17.2 满足承担剪力(kN) 99.7 最大126 满足列边距(mm) 45 最小44 满足列边距(mm) 45 最大80 满足外排列间距(mm) 70 最大120 满足中排列间距(mm) 70 最大240 满足列间距(mm) 70 最小66 满足行边距(mm) 40 最小33 满足行边距(mm) 40 最大80 满足净截面剪应力比 0.000 1 满足净截面正应力比 0.291 1 满足净面积(cm^2) 21.6 最小12.3 满足净抵抗矩(cm^3) 911 最小560满足四. 梁柱角焊缝验算1 角焊缝验算控制工况：梁净截面承载力梁腹板净截面抗剪承载力：V wn=6×(390-2×8-35-50)×125=216.75kN 2 角焊缝承载力计算焊缝受力：N=0kN；V=216.75kN；M=0kN·m焊脚高度：h f=7mm；角焊缝有效焊脚高度：h e=2×0.7×7=9.8 mm双侧焊缝，单根计算长度：l f=305-2×7=291mm3 焊缝承载力验算强度设计值：f=160N/mm^2A=l f*h e=291×9.8×10^-2=28.52 cm^2τ=V/A=216.8/28.52×10=76 N/mm^2综合应力：σ=τ=76 N/mm^2≤160，满足4 角焊缝构造检查最大焊脚高度：6×1.2=7mm(取整)7≤7，满足！最小焊脚高度：6^0.5×1.5=4mm(取整)7 >= 4，满足！五. 梁柱对接焊缝验算1 对接焊缝受力计算控制工况：梁净截面承载力梁净截面抗弯承载力计算I f=I fn=198×8×(390-8)^2/2×10^-4=11558.9 cm^-4I wb1=[6×35^3/12+6×35×(390-2×8-35)^2/4]×10^-4=605.479 cm^4I wb2=[6×50^3/12+6×50×(390-2×8-50)^2/4]×10^-4=793.57 cm^4I n=13819-605.479=12420 cm^4W n=(13819-605.479)/0.5/390×10=636.921 cm^3M n=W n*f=636.921×215×10^-3=136.938 kN·m翼缘净截面：M fn=M n*I fn/I n=136.938×11558.9/12420=127.444 kN·m 2 对接焊缝承载力计算焊缝受力：N=0 kN；M x=0 kN·mM y=127.444kN·m抗拉强度：F t=215N/mm^2抗压强度：F c=215N/mm^2轴力N为零，σN=0 N/mm^2弯矩Mx为零，σMx=0 N/mm^2W y=592.763cm^3σMy=|M y|/W y=127.444/592.763×1000=215N/mm^2最大拉应力：σt=σN+σMx+σMy=0+0+215=215N/mm^2≤215，满足最大压应力：σc=σN-σMx-σMy=0-0-215=(-215)N/mm^2≥(-215)，满足六. 梁梁腹板螺栓群验算1 螺栓群受力计算控制工况：组合工况1，N=0 kN；V x=115.4 kN；M y=152.3 kN·m；腹板塑性截面模量：I w=6×(390-2×8)^3/12=2615.68 cm^4翼缘塑性截面模量：I f=198×390^3/12-198×(390-2×8)^3/12=11558.9 cm^4翼缘弯矩分担系数：ρf=11558.9/(2615.68+11558.9)=0.815466>0.7，翼缘承担全部截面弯矩截面腹板承担弯矩：M w=0 kN·m2 腹板螺栓群承载力计算列向剪力：V=115.4 kN螺栓采用：10.9级-M20螺栓群并列布置：4行；行间距70mm；1列；螺栓群列边距：45 mm，行边距45 mm螺栓受剪面个数为2个连接板材料类型为Q235螺栓抗剪承载力：N vt=N v=0.9n fμP=0.9×2×0.45×155=125.55kN计算右上角边缘螺栓承受的力：N v=115.4/4=28.85 kNN h=0 kN螺栓群对中心的坐标平方和：S=∑x^2+∑y^2=24500 mm^2N mx=0 kNN my=0 kNN=[(|N mx|+|N h|)^2+(|N my|+|N v|)^2]^0.5=[(0+0)^2+(0+28.85)^2]^0.5=28.85 kN≤125.55，满足3 腹板螺栓群构造检查列边距为45，最小限值为33，满足！列边距为45，最大限值为64，满足！行边距为45，最小限值为44，满足！行边距为45，最大限值为64，满足！外排行间距为70，最大限值为96，满足！中排行间距为70，最大限值为192，满足！行间距为70，最小限值为66，满足！七. 腹板连接板计算1 腹板连接板受力计算控制工况：同腹板螺栓群(内力计算参上)连接板剪力：V l=115.4 kN采用一样的两块连接板连接板截面宽度为：B l=300 mm连接板截面厚度为：T l=8 mm连接板材料抗剪强度为：f v=125 N/mm^2连接板材料抗拉强度为：f=215 N/mm^2连接板全面积：A=B l*T l*2=300×8×2×10^-2=48 cm^2开洞总面积：A0=4×22×8×2×10^-2=14.08 cm^2连接板净面积：A n=A-A0=48-14.08=33.92 cm^2连接板净截面剪应力计算：τ=V l×10^3/A n=115.4/33.92×10=34.0212 N/mm^2≤125，满足！连接板截面正应力计算：按《钢结构设计规范》5.1.1-2公式计算:σ=(1-0.5n1/n)N/A n=(1-0.5×4/4)×0/33.92×10=0 N/mm^2≤215，满足！按《钢结构设计规范》5.1.1-3公式计算:σ=N/A=0/48×10=0 N/mm^2≤215，满足！2 腹板连接板刚度计算腹板的净面积为：6×(390-2×8)/100-4×6×22/100=17.16cm^2腹板连接板的净面积为：(300-4×22)×8×2/100=33.92cm^2≥17.16，满足八. 翼缘螺栓群验算1 翼缘螺栓群受力计算控制工况：组合工况1，N=0 kN；V x=115.4 kN；M y=152.3 kN·m；截面翼缘承担全部弯矩，M f=152.3 kN·m翼缘螺栓群承担的轴向力：F f=|M f|/(h-t f)/2=199.346kN2 翼缘螺栓群承载力计算行向轴力：H=199.346 kN螺栓采用：10.9级-M20螺栓群并列布置：1行；2列；列间距70mm；螺栓群列边距：45 mm，行边距40 mm螺栓受剪面个数为2个连接板材料类型为Q235螺栓抗剪承载力：N vt=N v=0.9n fμP=0.9×2×0.45×155=125.55kN轴向连接长度：l1=(2-1)×70=70 mm<15d0=330,取承载力折减系数为ξ=1.0折减后螺栓抗剪承载力：N vt=125.55×1=125.55 kN计算右上角边缘螺栓承受的力：N v=0 kNN h=199.35/2=99.673 kN螺栓群对中心的坐标平方和：S=∑x^2+∑y^2=2450 mm^2N mx=0 kNN my=0 kNN=[(|N mx|+|N h|)^2+(|N my|+|N v|)^2]^0.5=[(0+99.673)^2+(0+0)^2]^0.5=99.673 kN≤125.55，满足3 翼缘螺栓群构造检查列边距为45，最小限值为44，满足！列边距为45，最大限值为80，满足！外排列间距为70，最大限值为120，满足！中排列间距为70，最大限值为240，满足！列间距为70，最小限值为66，满足！行边距为40，最小限值为33，满足！行边距为40，最大限值为80，满足！九. 翼缘连接板计算1 翼缘连接板受力计算控制工况：同翼缘螺栓群(内力计算参上)连接板轴力：N l=199.346 kN采用两种不同的连接板连接板1截面宽度为：B l1=80 mm连接板1截面厚度为：T l1=10 mm连接板1有2块连接板2截面宽度为：B l2=198 mm连接板2截面厚度为：T l2=8 mm连接板材料抗剪强度为：f v=125 N/mm^2连接板材料抗拉强度为：f=215 N/mm^2连接板全面积：A=B l1*T l1*2+B l2*T l2=(80×10×2+198×8)×10^-2=31.84 cm^2开洞总面积：A0=1×22×(10+8)×2×10^-2=7.92 cm^2连接板净面积：A n=A-A0=31.84-7.92=23.92 cm^2连接板净截面剪应力：τ=0 N/mm^2≤125，满足！连接板截面正应力计算：按《钢结构设计规范》5.1.1-2公式计算:σ=(1-0.5n1/n)N/A n=(1-0.5×1/2)×199.346/23.92×10=62.5038 N/mm^2≤215，满足！按《钢结构设计规范》5.1.1-3公式计算:σ=N/A=199.346/31.84×10=62.6085 N/mm^2≤215，满足！2 翼缘连接板刚度计算单侧翼缘的净面积为：198×8/100-2×1×22×8/100=12.32cm^2单侧翼缘连接板的净面积为：(198-2×1×22)×8/100+(80-1×22)×8×2/100=21.6cm^2≥12.32，满足3 拼接连接板刚度验算梁的毛截面惯性矩：I b0=13819cm^4翼缘上的螺栓孔的惯性矩：I bbf=2×2×1×[22×8^3/12+22×8×(390/2-8/2)^2]×10^-4=2568.64cm^4腹板上的螺栓孔的惯性矩：I bbw=4×6×22^3/12×10^-4+6×22×(105^2+35^2+35^2+105^2)×10^-4=325.53cm^4梁的净惯性矩：I b=13819-2568.64-325.53=10924.8cm^4梁的净截面抵抗矩：W b=10924.8/390×2×10=560.248cm^3翼缘上部连接板的毛惯性矩：I pf1=2×[198×8^3/12+198×8×(390/2+8/2)^2]×10^-4=12547.3cm^4翼缘上部连接板上的螺栓孔的惯性矩：I pfb1=2×2×1×[22×8^3/12+22×8×(390/2+8/2)^2]×10^-4=2788.29cm^4翼缘下部连接板的毛惯性矩：I pf2=2×2×[80×8^3/12+80×8×(390/2-8/2-8)^2]×10^-4=8574.55cm^4翼缘下部连接板上的螺栓孔的惯性矩：I pfb2=2×2×1×[22×8^3/12+22×8×(390/2-8/2)^2]×10^-4=2568.64cm^4腹板连接板的毛惯性矩：I pw=2×8×300^3/12×10^-4=3600cm^4腹板连接板上的螺栓孔的惯性矩：I pbw=2×4×8×22^3/12×10^-4+2×8×22×(105^2+35^2+35^2+105^2)×10^-4=868.079cm^4连接板的净惯性矩：I p=12547.3+8574.55+3600-2788.29-2568.64-868.079=18496.8cm^4连接板的净截面抵抗矩：W p=18496.8/(390/2+8)×10=911.174cm^3≥560.248，满足。

“梁梁拼接全焊刚接”节点计算书====================================================================计算软件：TSZ结构设计系列软件 TS_MTSTool v4.6.0.0计算时间：2016年11月11日 16:23:10====================================================================一. 节点基本资料设计依据：《钢结构连接节点设计手册》（第二版）节点类型为：梁梁拼接全焊刚接梁截面：H-390*198*6*8，材料：Q235左边梁截面：H-390*198*6*8，材料：Q235腹板螺栓群：4.8级-M20螺栓群并列布置：3行；行间距135mm；1列；螺栓群列边距：30 mm，行边距45 mm腹板连接板：360 mm×70 mm，厚：10 mm节点示意图如下：二. 荷载信息设计内力：组合工况内力设计值组合工况1 0.0 115.4 152.3 否组合工况2 0.0 135.4 172.3 是三. 验算结果一览最大剪应力(MPa) 78.1 最大125 满足最大拉应力(MPa) 291 最大239不满足最大压应力(MPa) -291 最小-239不满足四. 梁梁腹板对接焊缝验算1 梁梁腹板对接焊缝受力计算控制工况：组合工况2，N=0 kN；V x=135.4 kN；M y=172.3 kN·m；2 腹板对接焊缝承载力计算剪力：V=135.4kN强度等级：一级有效长度：l e=289 mm焊肉高度：h e=6 mm最大剪应力：τ=V/(l e*h e)=135.4/(289×6)×10^3=78.0854 N/mm^2≤125，满足五. 梁梁翼缘对接焊缝验算1 翼缘对接焊缝受力计算控制工况：组合工况2，N=0 kN；V x=135.4 kN；M y=172.3 kN·m；2 翼缘对接焊缝承载力计算焊缝受力：N=0 kN；M x=0 kN·mM y=172.3kN·m抗震组合内力，取承载力抗震调整系数γRE=0.9抗拉强度：F t=215N/mm^2抗压强度：F c=215N/mm^2轴力N为零，σN=0 N/mm^2弯矩Mx为零，σMx=0 N/mm^2W y=592.763cm^3σMy=|M y|/W y=172.3/592.763×1000=290.673N/mm^2最大拉应力：σt=σN+σMx+σMy=0+0+290.673=290.673N/mm^2＞215/0.9=238.889，不满足最大压应力：σc=σN-σMx-σMy=0-0-290.673=(-290.673)N/mm^2<(-215)/0.9=(-238.889)，不满足。

钢结构梁柱节点连接设计摘要:钢结构建筑是工业不断发展的产物。

与传统施工技术相比，钢结构施工技术在应用性能和资源利用方面具有突出的价值。

在当前的建筑施工中，钢结构施工也被高度关注，这是建筑工程发展的一个标志。

随着我国基础设施项目的进展，越来越多的工程建筑开始使用装配式钢结构，在施工中备受关注，逐渐体现出钢结构的优势。

未来，钢结构或将成为中国建筑工程的主要形式。

因此，我们需要加大对梁柱连接的分析，实施合理的施工技术应用，为建筑行业的发展奠定基础。

关键词：钢结构；梁柱节点；连接设计引言钢结构作为一种现代化的建筑形式，在建筑行业得到广泛应用。

它的主要特点是采用工厂预制和现场组装的方式，具有施工效率高、质量可控、成本低等优势。

在钢结构中，梁柱节点连接是整个结构中最重要的组成部分之一，直接影响到结构的力学性能和整体稳定性。

传统的梁柱节点连接方法存在一些问题。

首先，传统的焊接连接或螺栓连接方式难以满足装配式建筑对高效施工的要求。

其次，传统连接方法的刚度和强度无法满足现代建筑结构对抗地震和风荷载的需求。

此外，传统连接方法在连接质量和施工工期方面也存在一定的局限性。

为了克服传统梁柱节点连接方法的局限性，许多研究者提出了不同的优化设计方法。

然而，现有的优化方法在提升节点连接处的力学性能方面效果有限，还需要进一步深入研究和改进。

基于此，文章针对钢结构梁柱节点连接设计展开研究，以供参考。

1、钢结构梁柱节点特征钢结构梁柱节点是钢结构中的重要组成部分，连接着钢梁和钢柱，在整个钢结构中起到了至关重要的作用。

一个优良的节点设计能够保证结构的强度、刚度和稳定性，而较差的节点连接方式则会导致结构失稳、破坏或者变形。

以下是钢结构梁柱节点的特征：1.高强度：钢结构梁柱节点通常要承受较大的载荷，并且要保证稳定性。

因此，在设计时需要考虑节点的强度，选择合适的钢材品种和规格。

2.刚度大：为了保证整个结构的刚度和稳定性，钢结构梁柱节点需要具备较大的刚度，尤其是在受剪力和扭矩作用下。

钢框架梁柱弱轴节点连接研究钢结构由于其良好的经济性能、抗震性能广泛应用于高层建筑。

梁柱节点的性能是影响结构整体性能的关键。

近年来，国内外对梁柱连接的受力性能进行了广泛研究，但研究主要集中在梁柱强轴连接，而对梁柱弱轴连接仅有少量的试验研究和理论分析。

本文介绍了钢框架梁柱弱轴节点连接，并介绍了狗骨式节点的设计原则。

标签梁柱弱轴连接；狗骨式节点；塑性铰目前国内外对梁柱连接的研究主要集中在梁柱强轴连接上即梁垂直于H型钢柱翼缘的连接。

对梁柱弱轴连接即梁垂直于H型钢柱腹板的连接仅有少量研究。

钢结构框架体系一般纵横两个方向均为框架，梁柱弱轴连接实质上和强轴连接一样普遍。

弱轴连接的分析和设计比强轴连接更困难，不仅因为连接理论上的最大强度和在梁上或柱上形成塑性铰一致，而且对弱轴连接还存在限制最大强度的其它因素。

如果被焊到柱腹板上梁的翼缘比柱的宽度窄许多，在柱子或梁上形成塑性铰以前，一个屈服线型的机构在柱腹板上形成。

在根据塑性理论确定的塑性极限荷载达到之前，还可能发生柱翼缘和腹板的局部屈曲或连接材料的破坏。

另外，柱翼缘对空间的限制使安装困难，连接构造设计复杂，所以对钢结构框架梁柱弱轴连接的性能研究尤为重要。

梁柱连接节点的设计应满足“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计思想。

就是在强震作用下，节点的承载力高于构件截面的承载力，从而通过梁端塑性铰的形成来耗散地震能，保证结构完整不致发生倒塌，以实现抗震设计的目标。

对于传统的梁柱栓焊刚性连接，由于连接端板材的不连续及柱对梁端的约束作用，梁端很难形成塑性铰，改变某些参数虽然能在一定程度上提高其延性，但仍达不到对连接塑性变形能力的要求。

因此，在明晰梁柱刚性连接受力特点和破坏机理的基础上，开发新型的梁柱连接，才能从根本上解决传统梁柱刚性连接的脆性破坏问题。

为了实现“强节点弱构件”的设计思想，研究者一般采用下述三条途径以改善传统梁柱刚性节点的抗震性能：（1）加强型节点（如图1所示）。

即通过增加节点连接件来提高节点的强度。

钢梁连接节点计算本夹层钢结构后置锚栓为M14*140,每个后置埋板由4个锚栓固定。

以8A-1户型为例计算埋板算，主梁跨度为4m,主梁两侧间距1.386m 。

后置埋板为150X300X10采用4根M14化学锚栓固定，上下锚栓间孔距为90cm,左右间孔距为250cm ；但有极个别情况1个钻孔碰到钢筋上，在孔距范围内躲避不开钢筋，则埋板由3个锚栓固定。

现计算结构是否可以满足安全使用要求。

一、荷载条件楼面恒荷载：20/0.1m KN q =楼面活荷载：21/0.2m KN q = 钢梁线荷载为m KN q w 544.5386.1)24.112.1(=⨯⨯+⨯=二、M14普通螺栓4.8级单根锚栓抗剪承受力KN f vb 08.43140*414*14.3*22== KN f cb 43.38305*)54(*14=+=单根螺栓抗剪力以上两者取最小值38.43KN1、化学锚栓抗剪验算现假设埋板处所有剪力全部由化学锚栓承担，则埋板所受的剪力为max V KN b l q q V 09.112/386.1*4*)2*4.11*2.1(2/**)*4.1*2.1(10max =+=+= -n 为一个埋板的化学锚栓个数则：vb f =38.43≧KN V 09.11max = 所以单根螺栓也可以满足抗剪要求 vbh N -螺栓所受承载力2、后置埋件抗拉验算埋板4个锚栓上面2个锚栓承受拉力，下面2个锚栓承受压力1)埋板受拉力N N gsd 5544=埋板受剪力N V g sd 27702/386.14=⨯=mm N M .221600802770=⨯= 2)受力最大锚栓拉力N N gsd 5544=N M n N yi y 1385)502()50221600(25544221=⨯⨯-=-∑≥0 N y y M n N N ih sd 1465100210022160025544221=⨯⨯+=''+=∑ 3）锚栓钢材所受破坏承载力锚栓钢材所受承载力标准值N f A N u s s Rk 2900050058=⨯==⋅锚栓受拉破坏承载力分项系数锚栓受拉破坏承载力设计值N N Y N N h sd N Rs s Rk s Rd 146514500229000=≥===⋅⋅⋅结论：埋板在上排两个M14化学锚栓可以满足要求！。

Engineering Equipment and Materials | 工程设备与材料 |·151·2020年第11期作者简介：李静，女，硕士，工程师，研究方向：结构设计。

钢框架梁柱刚性连接节点计算方法探讨李 静（华东建筑设计研究院有限公司，上海 200000）摘 要：依据现行规范，文章给出了多高层钢结构梁柱刚性连接节点的计算方法。

并且选用了常用的热轧型钢截面，对比分析了翼缘与腹板均参与抗弯的连接节点新算法与仅考虑翼缘抗弯的传统算法的区别，最后探讨了钢柱连接节点的加强措施。

关键词：钢框架；梁柱刚接；强节点弱构件；翼缘受弯；加强式连接中图分类号：TU391 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）11-0151-021994年美国北岭地震后发现一些钢框架梁柱栓焊混用连接点出现了脆性破坏断裂的现象，且多发生在梁下翼缘的连接处，对节点承载力的影响较大[1]。

钢框架梁柱连接处几何形状复杂，应力集中严重，对应力和应变的需求较大。

在强烈地震作用下节点的塑性及延性不足是造成焊缝撕裂发生脆性破坏的主要原因，因此，梁柱连接性能及其对钢框架结构抗震性能影响成为研究的热点之一。

文章基于规范，围绕梁柱刚性连接节点的计算方法展开讨论。

1 规范中对梁柱刚接节点的计算方法的调整梁柱栓焊混合连接节点在我国的钢结构设计中有着较为广泛的应用，规范中也对该类节点设计提供了依据。

但是我国规范对于梁柱连接的计算原则也经历了几次重大的调整，具体汇总如表1所示。

在上述规范中：为梁与柱连接的极限受弯承载力；M p 为梁的全塑性受弯承载力（加强型连接按照未扩大的原截面计算）；∑M p为梁端截面的塑性受弯承载力之和；为梁与柱连接的极限受剪承载力；为梁在重力荷载代表值（9度尚应包括竖向地震用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值；α为连接系数。

在规范的更迭过程中，除了《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99—2015）（以下简称《高钢规》），均认为梁端弯矩可仅由钢梁翼缘承受，钢梁腹板仅承受剪力[2]。

一、钢梁截面特征 h=360 b=200 h w =320t w =12t 1=20翼缘截面惯性矩： I 1 =2×b×t 1×(h/2-t 1/2)2=2×200×20×(360/2-20/2)^2 =231200000mm 4腹板截面惯性矩： I w =1/12×t w ×h w 3 =1/12×12×320^3 =32768000mm 4钢梁全截面惯性矩： I=I 1+I w =263968000mm 4翼缘截面抵抗矩： W 1=b×t 1×(h-t 1)=200×20×(360-20) =mm 3腹板截面抵抗矩： W w =1/6×t w ×h w 2=1/6×12×320^2 =mm 3钢梁全截面抵抗矩： W= W 1+W w =1564800mm 3二、翼缘受弯承载力计算材质：Q235钢f t w =205N/mm 2钢梁翼缘受弯承载力M u =βt f t w ×W 1=1.22*205×1360000/10^6=340.1KN.m三、腹板螺栓受剪承载力计算高强螺栓采用10.9级，材质Q345钢，表面喷砂处理单个螺栓承载力设计值为： N v b =0.9n f μP 腹板与柱采用高强螺栓连接，10.9级。

螺栓直径d=22mm 单剪螺栓个数n=3一个高强螺栓的预拉力P=190KN n f =1一个螺栓承载力设计值N v b =0.9*1*0.5*190=85.5KN全部腹板螺栓受剪承载力为：85.5*3=256.5KN四、支承板双面角焊缝计算支承板厚同梁腹板，焊接一侧的长度：240mm 焊缝高度：6mm f t w =215N/mm 2抗剪承载力为 N w =h e l w f t w =6*0.707*2*(240-10)*215/1000=419.5KN梁柱刚接节点计算1360000204800。

结构在各种荷载作用下的内力经内力组合后，还要根据规范对其进行调整。

调整主要体现在抗震等级为一、二级的结构构件，规范还有特殊规定需要调整的构件。

内力调整主要遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点”的思想，以保证结构安全。

TBSA、TAT或SATW A的做法，是将构件在不同位置、不同情况下所具有的差别数值化，如TAT，它将这种差别叫“设计内力调整系数”。

TA T或SATW A软件采用的设计内力调整系数如下：1、一级抗震：框架柱Ucm＝1.331 Ucv＝1.464 Ucn＝1.0底层框架柱Ucm＝1.997 Ucv＝2.196 Ucn＝1.0底层加强区剪力墙Uwm＝1.000 Uwv＝1.331 Uwm＝1.0连梁、框架梁无Ubv＝1.271 无2、二级抗震：框架柱Ucm＝1.100 Ucv＝1.210 Ucn＝1.0底层框架柱Ucm＝1.250 Ucv＝1.375 Ucn＝1.0底层加强区剪力墙Uwm＝1.000 Uwv＝1.100 Uwm＝1.0连梁、框架梁无Ubv＝1.050 无3、三级抗震及四级抗震：其调整系数均为1.0以上调整系数的符号说明：Ucm－柱端弯矩调整系数Ucv－柱端剪力调整系数Ucn－柱端轴力调整系数Uwm－墙端弯矩调整系数Uwv－墙端剪力调整系数Uwn－墙端轴力调整系数Ubv－梁端剪力调整系数4、框支柱：设计剪力不小于基底剪力的2％（Vc≥2%Q0）；地震力产生的轴力放大1.2；设计弯矩放大1.5，即Ucm＝1.5（不分抗震等级）。

5、角柱混凝土角柱：Ucm＝1.3；Ucv＝1.3钢角柱、钢管角柱和劲性角柱：仅将地震力产生的内力放大1.3倍。

（一、二级框架底层柱下端截面的弯矩设计值，系数改为1.5,高规5.2.8条，上述一级和二级调整系数表内已有体现）一级抗震设计内力调整系数的来历是：柱端弯矩放大系数UcmUcm＝1.1x1.1x1.1＝1.331由高规第5.2.6条：一级框架梁柱节点处，柱端弯矩应符号下列要求：∑Mc ≥1.1∑MbuE （5.2.6-1）〖强柱弱梁原则〗而MbuE＝fyk·As·(hb0-as')/γRE （规范5.2.26条）Ucm中的三个1.1就是：（5.2.6-1）中的第一个1.1；MbuE公式中fyk≈1.1fy提供的第二个1.1；MbuE公式中的As提供第三个1.1，因规范要求的截面抗震设计是验算设计，软件认为实际配筋大约为计算配筋的1.1倍。

梁柱连接节点计算一、GL1与GZ1连接计算:查得节点处的最大内力为:M max =226KN ·MV max =72KN如右图所示,采用10M20-10.9S摩擦型高强螺栓,喷砂处理。

则：P=155KN; μ=0.551. 高强螺栓所受的最大拉力为:KN P N KN h y h M N b t i t 1241558.08.074]448/)256336448(24[39210226)24(22226221=⨯==<=+++⨯=+=∑则:KN n V N KN N P n N v t f b v 2.7107231)7425.1155(55.019.0)25.1(9.01===>=⨯-⨯⨯⨯=-=μ经验算,高强螺栓强度满足!2.端板厚度验算:按两边支承类端板计算:mmt mm fe e e b e N e e t wf f w t f w 1813300)]6150(50225061[107450616)](2[631min =<=⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=++= 经验算,端板强度满足!经验算,连接节点安全!二、GL1与GL1拼接计算查得节点处的最大内力为:M max =96KN ·M(弯矩取屋脊处验算)V max =72KN （剪力取檐口处验算）如右图所示,采用8M20-10.9S摩擦型高强螺栓,喷砂处理。

则：P=155KN; μ=0.551．高强螺栓所受的最大拉力为:KN P N KN y y M N b t i t 1241558.08.096)200100(420010964226211=⨯==<=+⨯⨯=∙=∑则:KN n V N KN N P n N v t f b v 98723.17)9625.1155(55.019.0)25.1(9.01===>=⨯-⨯⨯⨯=-=μ经验算,高强螺栓强度满足!2.端板厚度验算:按两边支承类端板计算:mmt mm fe e e b e N e e t wf f w t f w 82.15300)]4246(46219042[109646426)](2[631min =<=⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=++= 经验算,端板强度满足!经验算, 拼接处节点安全!三、GL1（2）与GZ2连接计算:查得节点处的最大内力为:M max =242KN ·MV max =61KN如右图所示,采用10M20-10.9S摩擦型高强螺栓,喷砂处理。

钢结构强柱弱梁公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：钢结构强柱弱梁公式，顾名思义，是指在钢结构设计中，为了提高结构的抗震性能，通常会采用较大的截面尺寸作为支撑柱的设计原则。

这种设计方法可以使得结构在地震作用下更加稳定，从而提高结构的整体安全性。

钢结构是一种常见的用于建筑和桥梁等工程中的结构材料，一般来说，钢结构由支撑柱和梁构成。

支撑柱主要承受垂直荷载和侧向地震力，而梁主要承受水平荷载。

在地震作用下，结构的侧向位移会导致支撑柱和梁承受不均匀的力，因此需要在设计中加强柱的抗倒塌能力。

强柱弱梁公式是根据结构力学和地震工程的原理得出的一种设计方法，其基本原理是在结构中设置强度足够大的支撑柱，以保证在地震发生时，支撑柱能够有效地承受地震力，并将地震力传递到基础上，从而保证整个结构的稳定性。

为了防止支撑柱承受太大的力而发生破坏，梁的截面尺寸通常要比柱小，这就形成了“强柱弱梁”的设计原则。

强柱弱梁公式在钢结构设计中有着重要的应用价值。

通常情况下，设计师会根据结构的功能和地震区域的地震烈度等因素，确定支撑柱和梁的截面尺寸，然后根据强柱弱梁公式进行设计计算。

通过这种设计方法，可以有效地提高结构的抗震性能，减少地震灾害对建筑物和人员造成的损失。

除了在结构设计中的应用，强柱弱梁公式还有其他一些衍生的应用。

在改造老建筑或加固现有建筑时，设计师也可以利用强柱弱梁的设计原则，对结构进行合理的加固和改造，以提高结构的抗震性能。

在实际的工程中，采用强柱弱梁设计原则并不意味着只要将支撑柱做得足够大就可以了。

设计过程中还需要考虑结构的整体布局、连接方式、支撑柱和梁的相互作用等因素，以确保结构在地震作用下能够发挥最优的抗震性能。

第二篇示例：钢结构是一种常用的建筑结构，在建筑中起着非常重要的作用。

在钢结构设计中，强柱弱梁原则是一项非常重要的原则，它是指在设计和施工中要保证结构中柱子比梁更强，以确保结构的整体稳定性和安全性。

在钢结构设计中，强柱弱梁原则是基础原则。

钢结构梁柱设计及连接计算书
1. 介绍
本文档旨在介绍钢结构梁柱的设计计算和连接计算。

钢结构作
为一种常用的建筑结构材料，其设计和连接十分重要，直接关系到
建筑物的安全性和稳定性。

2. 设计计算
在钢结构梁柱的设计过程中，需要考虑以下几个方面：
2.1 荷载计算
首先，需要对结构所受到的各种荷载进行计算，包括永久荷载、可变荷载、风荷载等。

这些荷载的大小和分布将影响到梁柱的尺寸
和强度计算。

2.2 梁柱尺寸计算
根据所计算得到的荷载情况，可以进行梁柱的尺寸计算。

这包
括梁柱的截面尺寸、长细比、抗弯刚度等。

尺寸计算需要符合相关
的设计规范和要求。

2.3 强度计算
在梁柱设计中，强度计算是十分重要的一项工作。

通过应力应变分析，可以确定梁柱的承载能力和破坏形式。

同时，也需要考虑材料的强度特性和破坏准则等。

3. 连接计算
在钢结构梁柱的连接设计中，需要考虑以下几个方面：
3.1 强度计算
钢结构的连接处通常需要承受较大的荷载，因此连接的强度计算非常重要。

这包括连接件的尺寸、材料强度等。

3.2 疲劳计算
由于连接处可能受到反复加载的影响，需要进行疲劳计算，以保证连接的可靠性和使用寿命。

3.3 刚度计算
连接处的刚度也是设计中需要考虑的因素之一。

刚度计算涉及连接件的刚度、刚度补偿等。

4. 结论
钢结构梁柱的设计计算和连接计算是保证建筑物安全稳定的关键。

通过综合考虑荷载计算、尺寸计算、强度计算以及连接计算等方面的内容，可以设计出合理可靠的钢结构梁柱。

夹层梁柱节点计算书KL1-1、KL1-2与柱的连接一、设计资料节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接其节点图见下图；高强螺栓资料：高强螺栓等级为：10.9级；高强螺栓直径为：id=20mm；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；焊缝资料：焊缝强度与母材等强，f t w=310 MPaKL1-1：高强螺栓几何位置信息：高强螺栓总数为：6个；每排高强螺栓的数量为：2个；高强螺栓共有：3排；各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：x1=80.0mm= .080m；最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=80.0mm；KL1-1尺寸：H350x200x6x8KL1-2：高强螺栓几何位置信息：高强螺栓总数为：10个；每排高强螺栓的数量为：2个；高强螺栓共有：5排；各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：x1=80.0mm= .080m；x2=160.0mm= .160m；最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=80.0mm；KL1-2尺寸：H500x240x6x10二、内力设计值根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：KL1-1：弯距：M= 18.5kN*m；轴力：N= 6.4kN；（压力）剪力：V= 13.8kN；KL1-2：弯距：M= 72.4kN*m；轴力：N= 11.6kN；（拉力）剪力：V= 43.6kN；三、节点验算KL1-1：本文按摩擦型高强螺栓计算；本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：单个螺栓的抗剪极限承载力为：Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN对接焊缝强度验算：考虑焊缝承受全部的弯矩：σ=M/(h*b f*t f)=18.5*10^6/[(350-8)*200*8]=33.8MPa<f t w=310 MPa，满足高强度螺栓摩擦型单剪连接：考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：本节点设置2排6个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：Vmax=n*Nvb=3*62.775=188.3kN > V=13.8kN，满足腹板净面积验算：A0= (350-2*8)*6-3*21.5*6=1617mm2σ=V/A0=13.8*1000/1617=8.5MPa<f V=180 MPa，满足KL1-2：本文按摩擦型高强螺栓计算；本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：单个螺栓的抗剪极限承载力为：Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN对接焊缝强度验算：考虑焊缝承受全部的弯矩：σ=M/(h*b f*t f)=72.4*10^6/[(500-10)*240*10]=61.6MPa<f t w=310 MPa，满足高强度螺栓摩擦型单剪连接：考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：本节点设置2排10个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：Vmax=n*Nvb=5*62.775=313.9kN > V=43.6kN，满足腹板净面积验算：A0= (500-2*10)*6-5*21.5*6=2235mm2σ=V/A0=43.6*1000/2235=19.15MPa<f V=180 MPa，满足连接板设计资料：连接板厚度为：t=16.0mm；连接板宽度为：b=200.0mm；梁柱翼缘宽度为：bf=180.0mm；梁柱腹板厚度为：tw= 6.0mm；连接板材料为：Q345B钢；KL1、KL3与柱的连接一、设计资料节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接高强螺栓资料：高强螺栓等级为：10.9级；高强螺栓直径为：id=20mm；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；焊缝资料：焊缝强度与母材等强，f t w=310 MPaKL1：高强螺栓几何位置信息：高强螺栓总数为：12个；每排高强螺栓的数量为：2个；高强螺栓共有：6排；各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：x1=40.0mm= .040m；x2=120.0mm= .0120m；x3=200.0mm= .200m；最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=140.0mm；KL1尺寸：H700x200x6x10KL3：高强螺栓几何位置信息：高强螺栓总数为：6个；每排高强螺栓的数量为：2个；高强螺栓共有：3排；各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：x1=80.0mm= .080m；最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=87.0mm；KL3尺寸：H350x200x6x8二、内力设计值根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：KL1：弯距：M= 271.0kN*m；轴力：N= 23.3kN；（拉力）剪力：V= 147.0kN；KL3：弯距：M= 53.3kN*m；轴力：N= 55.5kN；（压力）剪力：V= 31.2kN；弯矩图（kN*m）剪力图（kN）轴力图（kN）三、节点验算KL1：本文按摩擦型高强螺栓计算；本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：单个螺栓的抗剪极限承载力为：Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN对接焊缝强度验算：考虑焊缝承受全部的弯矩：σ=M/(h*b f*t f)=271.0*10^6/[(700-10)*200*10]=196.4MPa<f t w=310 MPa，满足高强度螺栓摩擦型单剪连接：考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：本节点设置2排12个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：Vmax=n*Nvb=6*62.775=313.9kN > V=147.0kN，满足腹板净面积验算：A0= (700-2*10)*6-6*21.5*6=3306mm2σ=V/A0=147.0*1000/3306=44.5MPa<f V=180 MPa，满足KL3：本文按摩擦型高强螺栓计算；本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：单个螺栓的抗剪极限承载力为：Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN对接焊缝强度验算：考虑焊缝承受全部的弯矩：σ=M/(h*b f*t f)=53.3*10^6/[(350-8)*200*8]=97.4MPa<f t w=310 MPa，满足高强度螺栓摩擦型单剪连接：考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：本节点设置2排6个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：Vmax=n*Nvb=3*62.775=188.3kN > V=31.2kN，满足腹板净面积验算：A0= (350-2*8)*6-3*21.5*6=1617mm2σ=V/A0=31.2*1000/1617=19.3MPa<f V=180 MPa，满足KL2与柱的连接一、设计资料节点形式：翼缘采用对接焊，腹板采用高强螺栓连接其节点图见下图；高强螺栓资料：高强螺栓等级为：10.9级；高强螺栓直径为：id=20mm；根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中表7.2.2-2：高强螺栓的预拉力为：P=155.0kN；焊缝资料：焊缝强度与母材等强，f t w=310 MPaKL2：高强螺栓几何位置信息：高强螺栓总数为：12个；每排高强螺栓的数量为：2个；高强螺栓共有：6排；各排高强螺栓离螺栓群形心的距离为：x1=40.0mm= .040m；x2=120.0mm= .0120m；x3=200.0mm= .200m；最外排高强螺栓到翼缘边的距离为：ef=50.0mm；最外排高强螺栓到腹板边的距离为：ew=140.0mm；KL1尺寸：H700x200x8x12二、内力设计值根据主刚架计算书，可以查得本节点的最不利内力设计值为：KL2：（考虑连接点距轴线偏离500mm）弯距：M= 388.0kN*m；轴力：N= 47.6kN；（拉力）剪力：V= 288.0kN；弯矩图（kN*m）剪力图（kN）轴力图（kN）三、节点验算KL2：本文按摩擦型高强螺栓计算；本文根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中第7.2.2条计算：单个螺栓的抗剪极限承载力为：Nvb=0.9*nf*μ*P=0.9*0.45*155=62.775kN对接焊缝强度验算：考虑焊缝承受全部的弯矩：σ=M/(h*b f*t f)=388.0*10^6/[(700-12)*200*12]=235.0MPa<f t w=310 MPa，满足高强度螺栓摩擦型单剪连接：考虑螺栓承受全部剪力，验算螺栓强度：本节点设置2排12个高强螺栓，则腹板连接处螺栓能承受的剪力为：Vmax=n*Nvb=6*62.775=313.9kN > V=147.0kN，满足腹板净面积验算：A0= (700-2*12)*8-6*21.5*8=4376mm2σ=V/A0=288.0*1000/4376=65.8MPa<f V=180 MPa，满足。