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摘要：房屋建筑钢结构构件连接主要包括：梁柱连接，支撑与梁柱连接，梁、柱、支撑拼接和柱脚。本文主要对钢结构建筑中构件抗震设计的连接与拼接进行了研究。
关键词：钢结构；构件连接；设计
连接破坏是钢结构地震破坏的常见形式之一。1994年1月美国北岭地震后，调查了1000多栋钢结构房屋建筑，有100多栋建筑的梁柱连接破坏，其中80％以上破坏发生在梁的下冀缘连接。我国《建筑抗震设计规范》吸取了震害教训和国内外的研究成果，结合我国国情，提出了抗震钢结构的连接方法。
一、连接方式与连接设计的原则
构件连接方式有焊接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接。焊接的传力充分，不会滑移，延性好，但为保证焊缝质量，要求对焊缝进行探伤检查，此外，焊接有残余应力。高强度螺栓施工较方便，但全部采用高强螺栓连接的接头尺寸较大，钢材消耗多，价格较高，大震时螺栓连接可能会滑移。高层建筑钢结构中，栓焊混合连接比较普遍，通常冀缘用焊接。腹板用螺栓连接，栓焊混合连接施工比较方便。
房屋建筑钢结构的构件连接，应遵循强连接弱构件的原则，即构件破坏先于连接破坏。抗震设防的房屋建筑钢结构构件的连接计算，包括小震作用下按内力设计值的弹性计算，以及为实现强连接弱构件的极限承载力验算。弹性设计方法可按照《钢结构设计规范》的规定执行，节点板件、连接螺栓及连接焊缝的强度，应除以承载力抗震调整系数γER。
二、梁柱连接与梁、柱拼接
1、梁柱连接与极限承载力要求
钢框架一般采用柱贯通型，较少采用梁贯通型。抗震设计时，钢框架和钢支撑框架的梁柱连接应为刚接。工程中常用的方法有两种：①梁与柱直接连接；②在柱上焊接悬臂短梁，梁与悬臂短梁拼接。后一种连接方法对构件制作要求较高。梁与柱直接连接时，梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝，梁腹板可采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接，或采用角焊缝通过连接板与柱连接。梁与柱采用柱带悬臂短梁连接时，悬臂短梁与柱的连接在工厂完成，短梁翼缘与柱的连接采用全熔透坡口焊缝连接，腹板采用角焊缝连接。悬臂短梁与梁的拼接在工地完成。
梁柱连接的极限受弯承载力，由翼缘全熔透焊缝提供；极限受剪承剪力，由腹板连接提供。梁柱连接的极限受弯承载力应不小于梁的全塑性受弯承载力的1.2倍；梁柱连接的极限受剪承载力应不小于梁跨中作用集中荷载时梁端达全塑性受弯承载力对应的梁端剪切力的1.3倍，且不小于梁腹板的屈服受剪承载力。系数1.2和1.3是考虑梁钢材的实际屈服强度可能高于标准值。
2、梁、柱拼接与极限承载力要求
柱上悬臂短梁与梁的拼接在工地完成。梁的拼接位置，应在内力较小的截面处，且在梁端塑性铰区段以外。冀缘采用全熔透坡口焊缝连接，腹板可采用摩擦型高強度螺栓连接，或冀缘和腹板均采用高强度螺栓连接。梁拼接的极限受弯承载力应不小于梁的全塑性受弯承载力的1.2倍。梁拼接的极限受剪承载力应不小于梁腹板的屈服受剪承载力。
框架柱的拼接位置，宜在框架梁上方1.3m附近，以方便现场施工。框架柱的拼接采用全熔透焊缝。柱拼接的极限受弯承载力应不小于柱考虑轴力时的全截面受弯承载力的1.2倍。柱的轴力不大时，其全截面受弯承载力取其截面全塑性受弯承载力；轴力较大时，小于全截面全塑性受弯承载力。柱拼接的极限受剪承载力应不小于柱腹板的屈服受剪承载力。
梁拼接和柱拼接的极限受弯承载力，由翼缘全熔透焊缝提供；极限受剪承裁力由腹扳连接提供。弹性设计方法可按照《钢结构设计规范》的规定执行。抗震设计时，节点板件，连接螺栓及连接焊缝的强度，应除以承载力抗震调整系数γER。
3、梁柱连接抗震构造
梁与工字形截面柱的翼缘或箱形截面柱直接连接时，应符合下列抗震构造要求；梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝，8度乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧度，柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，加劲肋的厚度不小于梁翼缘的厚度，6度抗震设防时，可以通过计算适当减小加劲肋的厚度，但不小于梁翼缘厚度的一半；梁腹板采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接。腹板角部设攫扇形切角，其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应避开，当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性模量的70％时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列，当计算仅需一列时，仍应布置两列，此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。
梁与工字形柱腹板刚接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板。梁与柱直接连接时，柱横向加劲肋宜伸出往外约l00mm，以免加劲肋在与柱冀缘的连接处因板件宽度突变而破裂，梁冀缘与柱横向加劲肋用全熔透焊缝连接，以免地震作用下框架往复变形而破坏，腹板与柱连接板用高强度螺栓连接。当采用悬臂短梁时，短梁与柱全部焊接。
梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上，下各500mm的节点范围内，柱冀缘与板腹板间或箱形柱的壁板间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝。柱拼接接头上、下各100mm范围内，工字形截面柱冀缘与腹板间及箱形截面柱角部壁板间的焊缝，应采用全熔透焊缝。箱形截面柱与梁翼缘对应位置设置的隔板，采用全熔透对接焊缝与柱壁板连接；工字形截面柱的横向加劲肋，与柱冀缘采用全熔透对接焊缝连接，与腹板可采用角焊缝连接。
三、中心支撑与梁柱连接
支撑与框架的连接及支撑拼接，一般采用螺栓连接。连接在支撑轴线方向的极限承载力，应不小于支撑净截面屈服承载力的1.2倍。不超过12层的中心支撑框架，若支撑与框架采用节点板连接，节点扳的边与梁柱的夹角分别不应小于30°。支撑端部至节点板嵌固点在沿支撑杆件方向的距离（由节点板与框架构件焊缝的起点垂直于支撑杆轴线的直线至支撑端部的距离），不小于节点板厚度的2倍，在罕遇地震时，节点板可以产生平面外屈曲，减轻支撑杆件破坏。
超过12层的中心支撑框架，支撑杆件宜采用轧制H型钢制作，两端与钢框架采用刚接连接。为安装方便，支撑两端用一段短杆件在工厂与框架焊接，支撑杆件的中间部分在工地与焊接在框架上的短杆件用摩擦型高强螺栓拼接。框架梁柱在与支撑杆件、连接处，都要设置加劲肋，加劲肋应按承受支撑轴向力对柱或梁的水平或竖向分力计算；支撑翼缘与箱形柱连接时，在柱壁板的相应位置应设置隔板。
四、侧向支撑与刚接柱脚
为了使梁端形成塑性铰后梁翼缘保持稳定，在梁塑性铰端部截面处，其上、下翼缘应设置侧向支撑，支撑构件的长细比，按《钢结构设计规范》关于塑性设计的有关规定确定。采用V形支撑或人字形支撑的中心支撑框架，梁在其与支撑杆件相交处应设置侧向支撑。该支撑点与梁端支撑点的侧向长细比及支撑力，应该符合相关的规定。
刚接柱脚按其构造形式可分为露出式柱脚、埋入式柱脚和包脚式柱脚三种。埋入式刚接柱脚是直接将钢柱埋入钢筋混凝土基础或基础梁的柱脚。多采用预先将钢柱脚按要求组装固定在设计标高上，然后，浇筑基础或基础梁混凝土，形成良好的整体刚度。包脚式刚接柱脚是指按一定的要求将钢柱采用钢筋混凝土包裹起来，形成整体刚度较强的柱脚。
关键词：钢结构；构件连接；设计
连接破坏是钢结构地震破坏的常见形式之一。1994年1月美国北岭地震后，调查了1000多栋钢结构房屋建筑，有100多栋建筑的梁柱连接破坏，其中80％以上破坏发生在梁的下冀缘连接。我国《建筑抗震设计规范》吸取了震害教训和国内外的研究成果，结合我国国情，提出了抗震钢结构的连接方法。
一、连接方式与连接设计的原则
构件连接方式有焊接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接。焊接的传力充分，不会滑移，延性好，但为保证焊缝质量，要求对焊缝进行探伤检查，此外，焊接有残余应力。高强度螺栓施工较方便，但全部采用高强螺栓连接的接头尺寸较大，钢材消耗多，价格较高，大震时螺栓连接可能会滑移。高层建筑钢结构中，栓焊混合连接比较普遍，通常冀缘用焊接。腹板用螺栓连接，栓焊混合连接施工比较方便。
房屋建筑钢结构的构件连接，应遵循强连接弱构件的原则，即构件破坏先于连接破坏。抗震设防的房屋建筑钢结构构件的连接计算，包括小震作用下按内力设计值的弹性计算，以及为实现强连接弱构件的极限承载力验算。弹性设计方法可按照《钢结构设计规范》的规定执行，节点板件、连接螺栓及连接焊缝的强度，应除以承载力抗震调整系数γER。
二、梁柱连接与梁、柱拼接
1、梁柱连接与极限承载力要求
钢框架一般采用柱贯通型，较少采用梁贯通型。抗震设计时，钢框架和钢支撑框架的梁柱连接应为刚接。工程中常用的方法有两种：①梁与柱直接连接；②在柱上焊接悬臂短梁，梁与悬臂短梁拼接。后一种连接方法对构件制作要求较高。梁与柱直接连接时，梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝，梁腹板可采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接，或采用角焊缝通过连接板与柱连接。梁与柱采用柱带悬臂短梁连接时，悬臂短梁与柱的连接在工厂完成，短梁翼缘与柱的连接采用全熔透坡口焊缝连接，腹板采用角焊缝连接。悬臂短梁与梁的拼接在工地完成。
梁柱连接的极限受弯承载力，由翼缘全熔透焊缝提供；极限受剪承剪力，由腹板连接提供。梁柱连接的极限受弯承载力应不小于梁的全塑性受弯承载力的1.2倍；梁柱连接的极限受剪承载力应不小于梁跨中作用集中荷载时梁端达全塑性受弯承载力对应的梁端剪切力的1.3倍，且不小于梁腹板的屈服受剪承载力。系数1.2和1.3是考虑梁钢材的实际屈服强度可能高于标准值。
2、梁、柱拼接与极限承载力要求
柱上悬臂短梁与梁的拼接在工地完成。梁的拼接位置，应在内力较小的截面处，且在梁端塑性铰区段以外。冀缘采用全熔透坡口焊缝连接，腹板可采用摩擦型高強度螺栓连接，或冀缘和腹板均采用高强度螺栓连接。梁拼接的极限受弯承载力应不小于梁的全塑性受弯承载力的1.2倍。梁拼接的极限受剪承载力应不小于梁腹板的屈服受剪承载力。
框架柱的拼接位置，宜在框架梁上方1.3m附近，以方便现场施工。框架柱的拼接采用全熔透焊缝。柱拼接的极限受弯承载力应不小于柱考虑轴力时的全截面受弯承载力的1.2倍。柱的轴力不大时，其全截面受弯承载力取其截面全塑性受弯承载力；轴力较大时，小于全截面全塑性受弯承载力。柱拼接的极限受剪承载力应不小于柱腹板的屈服受剪承载力。
梁拼接和柱拼接的极限受弯承载力，由翼缘全熔透焊缝提供；极限受剪承裁力由腹扳连接提供。弹性设计方法可按照《钢结构设计规范》的规定执行。抗震设计时，节点板件，连接螺栓及连接焊缝的强度，应除以承载力抗震调整系数γER。
3、梁柱连接抗震构造
梁与工字形截面柱的翼缘或箱形截面柱直接连接时，应符合下列抗震构造要求；梁翼缘与柱翼缘之间采用全熔透坡口焊缝，8度乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧度，柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，加劲肋的厚度不小于梁翼缘的厚度，6度抗震设防时，可以通过计算适当减小加劲肋的厚度，但不小于梁翼缘厚度的一半；梁腹板采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接。腹板角部设攫扇形切角，其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应避开，当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性模量的70％时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列，当计算仅需一列时，仍应布置两列，此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。
梁与工字形柱腹板刚接时，应在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板。梁与柱直接连接时，柱横向加劲肋宜伸出往外约l00mm，以免加劲肋在与柱冀缘的连接处因板件宽度突变而破裂，梁冀缘与柱横向加劲肋用全熔透焊缝连接，以免地震作用下框架往复变形而破坏，腹板与柱连接板用高强度螺栓连接。当采用悬臂短梁时，短梁与柱全部焊接。
梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上，下各500mm的节点范围内，柱冀缘与板腹板间或箱形柱的壁板间的连接焊缝，应采用坡口全熔透焊缝。柱拼接接头上、下各100mm范围内，工字形截面柱冀缘与腹板间及箱形截面柱角部壁板间的焊缝，应采用全熔透焊缝。箱形截面柱与梁翼缘对应位置设置的隔板，采用全熔透对接焊缝与柱壁板连接；工字形截面柱的横向加劲肋，与柱冀缘采用全熔透对接焊缝连接，与腹板可采用角焊缝连接。
三、中心支撑与梁柱连接
支撑与框架的连接及支撑拼接，一般采用螺栓连接。连接在支撑轴线方向的极限承载力，应不小于支撑净截面屈服承载力的1.2倍。不超过12层的中心支撑框架，若支撑与框架采用节点板连接，节点扳的边与梁柱的夹角分别不应小于30°。支撑端部至节点板嵌固点在沿支撑杆件方向的距离（由节点板与框架构件焊缝的起点垂直于支撑杆轴线的直线至支撑端部的距离），不小于节点板厚度的2倍，在罕遇地震时，节点板可以产生平面外屈曲，减轻支撑杆件破坏。
超过12层的中心支撑框架，支撑杆件宜采用轧制H型钢制作，两端与钢框架采用刚接连接。为安装方便，支撑两端用一段短杆件在工厂与框架焊接，支撑杆件的中间部分在工地与焊接在框架上的短杆件用摩擦型高强螺栓拼接。框架梁柱在与支撑杆件、连接处，都要设置加劲肋，加劲肋应按承受支撑轴向力对柱或梁的水平或竖向分力计算；支撑翼缘与箱形柱连接时，在柱壁板的相应位置应设置隔板。
四、侧向支撑与刚接柱脚
为了使梁端形成塑性铰后梁翼缘保持稳定，在梁塑性铰端部截面处，其上、下翼缘应设置侧向支撑，支撑构件的长细比，按《钢结构设计规范》关于塑性设计的有关规定确定。采用V形支撑或人字形支撑的中心支撑框架，梁在其与支撑杆件相交处应设置侧向支撑。该支撑点与梁端支撑点的侧向长细比及支撑力，应该符合相关的规定。
刚接柱脚按其构造形式可分为露出式柱脚、埋入式柱脚和包脚式柱脚三种。埋入式刚接柱脚是直接将钢柱埋入钢筋混凝土基础或基础梁的柱脚。多采用预先将钢柱脚按要求组装固定在设计标高上，然后，浇筑基础或基础梁混凝土，形成良好的整体刚度。包脚式刚接柱脚是指按一定的要求将钢柱采用钢筋混凝土包裹起来，形成整体刚度较强的柱脚。