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【摘要】随着钢结构的广泛应用，钢结构梁柱节点的连接设计方法越来越重要，其设计科学与否直接关系到钢结构的稳固性。本文首先对钢结构做了概述，分析了钢结构梁柱节点连接的特点，探讨了梁柱节点连接的设计，并对施工质量的控制提出了建议。
【关键词】钢结构；梁柱节点；连接；设计方法
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、前言
钢结构梁柱节点连接的设计关系到整个钢结构工程的可靠性、安全性，正确掌握节点连接的设计方法是科学合理施工个前提与关键。在提出相关建议之前，有必要分析钢结构梁柱节点连接的特点。
二、钢结构概述
1.钢结构的特点
钢结构由于具有重量轻、塑性韧性好、制造简便、易于采用工业化生产、施工安装周期短、抗震性能较好等许多优点，近年来得到了快速的发展。梁、柱节点是钢框架中的關键连接部分，连接性能直接影响框架结构在荷载作用下的整体行为。实际的钢框架梁柱连接应分为三类：刚性连接（具有较高的强度和刚度）、铰接连接（具有很大的柔性）和半刚性连接。在工业建筑物、构筑物中，梁柱连接一般均采用刚接节点，而民用建筑物、构筑物中，梁柱连接形式有用刚接节点的，也有用铰接节点的，承受荷载的差异是造成不同连接形式的重要原因之一。
2.钢结构梁柱节点连接形式
（一）普通螺栓及高强度螺栓连接
普通螺栓分为A、B、C三级，A、B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。A级和B级螺栓材料的性能等级为5.6级或8.8级，C级螺栓性能等级为4.6级或4.8级。A、B级精制螺栓已很少在钢结构中采用，C级螺栓主要用于承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接，以及安装时的临时固定和可拆卸结构的连接等。螺栓的性能等级在8.8级以上者,称为高强度螺栓。高强螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。
（二）摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
这种连接应注意以下几点：1）焊缝的破坏强度高于高强栓连接的抗滑极限强度，其比值宜控制在1～3之间；2）不能用于需要验算疲劳的连接中；3）其施工顺序，应根据板件的厚度，施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定，一般采用先栓后焊的方式，此时高强度螺栓的强度应计及焊接影响，作一定的折减。
（三）全焊型连接
全焊型连接时疲劳敏感，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，产生焊接残余应力和变形，对结构工作产生不利影响。除因受力复杂，接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接外，可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。试验结果表明，全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接，具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中，设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强，不仅浪费材料，也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量；相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形，但由于梁翼缘难以形成塑性，也限制了节点的耗能能力。
三、梁柱节点的设计
1.全焊节点连接形式
全焊节点连接是目前高层钢结构工程中应用较为广泛的一种梁柱节点连接形式。梁柱焊接节点的构造形式有多种,梁一般为H形,而柱有H形或箱形两种。全焊节点连接具有施工方便、节省钢材、整体刚度大的特点,它在抗弯钢结构中扮演着举足轻重的角色。
2.高强螺栓连接的梁柱节点
钢结构高强度螺栓连接是一种新型螺栓连接形式,这种连接方式可简化制造和安装工艺,对于结构承受动载十分有利,这种连接方式的施工要求十分严格。因其连接的整体性和刚度较好,目前在国外已得到普遍应用,尤其是高层和超高层钢结构的连接节点均采用了高强度螺栓连接方式,以及承受动载的结构设计中应用也较多。我国的一些桥梁和民用建筑也逐渐开始使用高强度螺栓连接。
3.栓焊混合连接的梁柱节点
栓焊混合连接的梁柱节点连接形式,是指梁腹板通过节点板用普通或高强螺栓与柱翼缘连接,而梁翼缘与柱翼缘完全采用坡口焊接的形式,这种连接形式得到业内的专家和学者们一致认可,目前在国内外应用较多。这种连接方式不但可保证节点属于刚性连接,还能承受动力荷载,节点承载能力在反复加载的情况下仍没有降低,而且还能满足工程抗震所要求的延性。
四、施工质量控制
施工质量控制尤其是材料检验、构件焊接和高强螺栓连接等重要工序施工质量控制难度大，而其施工质量的好坏直接影响着钢结构的安全使用，故在施工过程中应严格控制施工质量。
1.材料检验和复验
材料的质量是钢结构实体质量的首要保障，材料的检验和复验工作应始终贯穿于整个施工过程中。坚持不合格的材料不得使用在工程上，钢结构框架中用到的钢板、型钢、高强螺栓，要求质量证明文件齐全。其中，高强螺栓连接副还必须有出厂扭矩系数或预拉力、摩擦面抗滑移系数的检验报告，这三项指标在施工前，应按《钢结构工程施工质量验收规范》的要求分批取样送到有相应资质的检测机构复验。
2．焊接质量
钢结构焊接工作量约占钢结构安装工作量的60%以上，且点多面广，现场焊接多是采用手工电弧焊，受人为因素和环境因素的影响，焊接质量离散性很大。而焊接质量缺陷正是形成和发展疲劳裂纹最敏感的区域，对钢结构的强度和抗震性能都产生不利影响。加强焊接质量的控制，尤其是主梁拼接、立柱拼接，以及梁柱节点等重要部位的焊接质量的控制。
五、梁柱节点连接设计与注意问题
高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形即螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量，被连接板件按弹性整体受力。同样在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏即螺栓剪坏或钢板压坏。
六、结束语
综上所述，只有了解钢结构构件的受力特点、材料的力学特性以及适用条件，对相关问题进行深入细化的研究，结合具体实际工程并考虑结构施工方法采用合适钢结构梁柱节点连接的设计方法。结构设计人必需采用最为合理可靠的设计方法，才能从根本上即设计上使整个钢结构工程受力上更安全合理。因此，作为一名合格的结构设计人员，在熟练掌握结构设计方面的同时，有必要对结构施工方面内容有深入的了解和掌握。
参考文献：
[1]陈绍蕃等.钢结构.北京:建筑工业出版, 2011（23），42-43.
[2]沈祖炎.钢结构基本原理.建筑工业出版社,2012年，第5期，10-12.
[3]《钢结构设计规范》GB50017-2003.
[4]刘金宇,陈东兆.半刚性连接对钢框架结构受力性能的影响[J]. 低温建筑技术. 2010年，第6期，88-89.
【关键词】钢结构；梁柱节点；连接；设计方法
中图分类号：TU391文献标识码： A
一、前言
钢结构梁柱节点连接的设计关系到整个钢结构工程的可靠性、安全性，正确掌握节点连接的设计方法是科学合理施工个前提与关键。在提出相关建议之前，有必要分析钢结构梁柱节点连接的特点。
二、钢结构概述
1.钢结构的特点
钢结构由于具有重量轻、塑性韧性好、制造简便、易于采用工业化生产、施工安装周期短、抗震性能较好等许多优点，近年来得到了快速的发展。梁、柱节点是钢框架中的關键连接部分，连接性能直接影响框架结构在荷载作用下的整体行为。实际的钢框架梁柱连接应分为三类：刚性连接（具有较高的强度和刚度）、铰接连接（具有很大的柔性）和半刚性连接。在工业建筑物、构筑物中，梁柱连接一般均采用刚接节点，而民用建筑物、构筑物中，梁柱连接形式有用刚接节点的，也有用铰接节点的，承受荷载的差异是造成不同连接形式的重要原因之一。
2.钢结构梁柱节点连接形式
（一）普通螺栓及高强度螺栓连接
普通螺栓分为A、B、C三级，A、B级为精制螺栓，C级为粗制螺栓。A级和B级螺栓材料的性能等级为5.6级或8.8级，C级螺栓性能等级为4.6级或4.8级。A、B级精制螺栓已很少在钢结构中采用，C级螺栓主要用于承受静力荷载或间接承受动力荷载结构中的次要连接，以及安装时的临时固定和可拆卸结构的连接等。螺栓的性能等级在8.8级以上者,称为高强度螺栓。高强螺栓一般为8.8级和10.9级，其中10.9级居多。
（二）摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
这种连接应注意以下几点：1）焊缝的破坏强度高于高强栓连接的抗滑极限强度，其比值宜控制在1～3之间；2）不能用于需要验算疲劳的连接中；3）其施工顺序，应根据板件的厚度，施焊时能否采取反变形措施等具体条件分析决定，一般采用先栓后焊的方式，此时高强度螺栓的强度应计及焊接影响，作一定的折减。
（三）全焊型连接
全焊型连接时疲劳敏感，焊接结构的低温冷脆问题比较突出，产生焊接残余应力和变形，对结构工作产生不利影响。除因受力复杂，接头刚度大或施焊不便的安装接头不宜采用焊接外，可广泛用于工业与民用建筑钢结构中。试验结果表明，全焊型梁柱连接的滞回性能好于栓焊型混合连接，具有较好的塑性变形能力。在全焊型梁柱连接中，设计时应注意选择合适厚度的节点板。节点板太强，不仅浪费材料，也不能充分利用节点域的变形能力耗散地震能量；相反节点板太弱的梁柱连接虽然能发展相当大的塑性变形，但由于梁翼缘难以形成塑性，也限制了节点的耗能能力。
三、梁柱节点的设计
1.全焊节点连接形式
全焊节点连接是目前高层钢结构工程中应用较为广泛的一种梁柱节点连接形式。梁柱焊接节点的构造形式有多种,梁一般为H形,而柱有H形或箱形两种。全焊节点连接具有施工方便、节省钢材、整体刚度大的特点,它在抗弯钢结构中扮演着举足轻重的角色。
2.高强螺栓连接的梁柱节点
钢结构高强度螺栓连接是一种新型螺栓连接形式,这种连接方式可简化制造和安装工艺,对于结构承受动载十分有利,这种连接方式的施工要求十分严格。因其连接的整体性和刚度较好,目前在国外已得到普遍应用,尤其是高层和超高层钢结构的连接节点均采用了高强度螺栓连接方式,以及承受动载的结构设计中应用也较多。我国的一些桥梁和民用建筑也逐渐开始使用高强度螺栓连接。
3.栓焊混合连接的梁柱节点
栓焊混合连接的梁柱节点连接形式,是指梁腹板通过节点板用普通或高强螺栓与柱翼缘连接,而梁翼缘与柱翼缘完全采用坡口焊接的形式,这种连接形式得到业内的专家和学者们一致认可,目前在国内外应用较多。这种连接方式不但可保证节点属于刚性连接,还能承受动力荷载,节点承载能力在反复加载的情况下仍没有降低,而且还能满足工程抗震所要求的延性。
四、施工质量控制
施工质量控制尤其是材料检验、构件焊接和高强螺栓连接等重要工序施工质量控制难度大，而其施工质量的好坏直接影响着钢结构的安全使用，故在施工过程中应严格控制施工质量。
1.材料检验和复验
材料的质量是钢结构实体质量的首要保障，材料的检验和复验工作应始终贯穿于整个施工过程中。坚持不合格的材料不得使用在工程上，钢结构框架中用到的钢板、型钢、高强螺栓，要求质量证明文件齐全。其中，高强螺栓连接副还必须有出厂扭矩系数或预拉力、摩擦面抗滑移系数的检验报告，这三项指标在施工前，应按《钢结构工程施工质量验收规范》的要求分批取样送到有相应资质的检测机构复验。
2．焊接质量
钢结构焊接工作量约占钢结构安装工作量的60%以上，且点多面广，现场焊接多是采用手工电弧焊，受人为因素和环境因素的影响，焊接质量离散性很大。而焊接质量缺陷正是形成和发展疲劳裂纹最敏感的区域，对钢结构的强度和抗震性能都产生不利影响。加强焊接质量的控制，尤其是主梁拼接、立柱拼接，以及梁柱节点等重要部位的焊接质量的控制。
五、梁柱节点连接设计与注意问题
高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧，足以产生很大的摩擦力，从而提高连接的整体性和刚度，当受剪力时，按照设计和受力要求的不同，可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种，两者的本质区别是极限状态不同，虽然是同一种螺栓，但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时，高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态，也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形即螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量，被连接板件按弹性整体受力。同样在抗剪设计时，高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这时被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之，摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓，只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动，螺栓不承受剪力，一旦滑移，设计就认为达到破坏状态，在技术上比较成熟；承压型高强螺栓可以滑动，螺栓也承受剪力，最终破坏相当于普通螺栓破坏即螺栓剪坏或钢板压坏。
六、结束语
综上所述，只有了解钢结构构件的受力特点、材料的力学特性以及适用条件，对相关问题进行深入细化的研究，结合具体实际工程并考虑结构施工方法采用合适钢结构梁柱节点连接的设计方法。结构设计人必需采用最为合理可靠的设计方法，才能从根本上即设计上使整个钢结构工程受力上更安全合理。因此，作为一名合格的结构设计人员，在熟练掌握结构设计方面的同时，有必要对结构施工方面内容有深入的了解和掌握。
参考文献：
[1]陈绍蕃等.钢结构.北京:建筑工业出版, 2011（23），42-43.
[2]沈祖炎.钢结构基本原理.建筑工业出版社,2012年，第5期，10-12.
[3]《钢结构设计规范》GB50017-2003.
[4]刘金宇,陈东兆.半刚性连接对钢框架结构受力性能的影响[J]. 低温建筑技术. 2010年，第6期，88-89.