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钢结构的梁柱节点,为什么规范中不推荐悬臂梁段式?

浏览次数:443 发布时间:2023-11-26

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《高钢规》条文说明

《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015 第8.1.2条 ,明确说明了不宜采用悬臂段式梁柱连接。

98规程提到的悬臂段式梁柱连接,根据日本2007年JASS 6的说明,此种连接形式的钢材和螺栓用量均偏高,影响工程造价,且运输和堆放不便;更重要的是梁端焊接影响抗震性能,1995年阪神地震表明悬臂梁段式连接的梁端破坏率为梁腹板螺栓连接时的3倍,虽然其梁端内力传递性能较好和现场施工作业较方便,但综合考虑不宜作为主要连接形式之一推广采用。

总结一句话,为什么不推广,其中的主要原因:在地震中更容易破坏

本文主要聊聊这件事,看看事实到底是怎么样的呢?

3倍的由来

首先看这个3倍是怎么算出来的?

看这张对比数据图(数据来源于《阪神・淡路大震災調査報告》),工厂翼缘腹板全焊接接头和现场翼缘焊接腹板螺栓接头,两种节点破坏率分别是3.3% 和 8.5%,两个比例等于2.6,接近于3。

但是分子、分母与条文说明中的 是相反的,悬臂梁段式的节点破坏率没那么高,反而是更低的。这样推出的结论就完全不同,不被《高钢规》推荐的悬臂梁段式,地震中更不容易发生破坏。

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两个节点形式的破坏率

所以按照这个数据,带悬臂梁段式的节点,才是应该推荐的做法。

这样是不是可以结束了呢?

从工程师的思维角度,这还不是我们想要的全部结果。工程经验的依据都是有场景的、有时效的,那这个对比数据依据现在还能用吗?

3倍的经验还有时效吗?

都20多年过去了,这个3倍还有意义吗,还值得参照吗?

我们可以再看一下《1995年地震的钢结构建筑的破坏调查报告》,报告中调查了988栋房屋,统计出了各种破坏的数据。下面只是其中很多数据图中的一张。

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不同节点形式的破坏统计数据

这些统计数据,是基于95年已经建好房屋,所采用的钢材性能和不合理的节点做法,比如该用剖口焊的地方用了角焊缝,用了容易引起应力集中的焊孔形状等因素,当时这些落后的材料和技术导致,地震后,出现了很多脆性破坏现象,这种破坏形式,是我们现在抗震设计研究中最不想发生的。

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节点脆性破坏现场照片

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梁柱节点不同位置的破坏示意

日本地震发生在1995年,规程是2015年,还参照因为采用老技术而被地震破坏的统计结果,编写条文,并以此规定作为对未来设计选型的指导,还适合吗?

况且日本大地震以后的20年,钢结构技术也是在不断在更新发展完善。

拿近20年的新材料和新技术的研究成果作为依据,可能会更合理。

小结

这么个非常重要的、标准化的梁柱节点选型,条文说明就想简单地用一个还不准确的数字,糊弄我们这些已经苦不堪言的结构工程师,实在不应该,既然已经有明确的依据,是不是可以把这个数字背后的内容再说得更明白些,避免误解误用呢?

最后,说到这个节点形式,有不少热心的“工友”(工程师朋友)留言,说有悬臂梁段,工人有个落脚的地方,安装焊接更安全。的确是这样,不想在措施费上多花钱,那就在钢构件上多花点吧。

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悬臂梁段替代了辅助安装措施

这个节点形式已经写了三篇文,感觉差不多说清楚了,怎么来的,为什么要用,用的时候有哪些问题,怎么用比较合适。

最后还有个疑惑,既然不推荐用悬臂梁段,那《高钢规》最后附录F还给“梁拼接的极限承载力计算”,是不是前后有些多余了呢?其他推荐悬臂梁段节点做法的规范,都没有写得这么详细。