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1、第十章 构 造 设 计,10.1构件的拼接10.2梁与梁的连接10.3梁与柱连接的分类10.4梁与柱连接的构造10.5柱脚10.6桁架节点,10.1构件的拼接,10.1.1 等截面拉、压杆拼接1、工厂拼接(1)直接对焊 宜采用一、二级质量标准。(2)拼接板加角焊缝 应传力直接均匀；避免应力过分集中；要有施焊空间。2、工地拼接(1)拉杆 拼接板加高强度螺栓 宜采用高强度螺栓摩擦型连接。端板加高强度螺栓,(2)压杆 焊接 上段柱要预先做好剖口，带有定位零件，以保证施焊位 置正确。刨平顶紧直接承压传力 可辅以少量焊缝或螺栓。说明 拉压杆拼接宜按等强原则计算,压杆的拼接还应注意不致因连接变形降低构件刚
2、度造成容易屈曲的弱点；拼接不仅要保证断开截面的强度，也要保证构件的整体 刚度。,10.1.2 变截面柱拼接1、直接对焊 适用于只改变翼缘厚度的情况。2、上下段柱共同焊于一块平板 腹板宽度变化不大时用。3、上下段柱共同焊于一块平板 腹板宽度变化大，且一侧翼缘外表面平齐时用。4、上下段柱中线对齐5、上下段柱之间设变截面段6、下段柱为格构柱时,梁拼接方式：对接焊缝的拼接、中翼缘用对接焊缝，而腹板则用拼接板和螺栓、拼接板及高强螺栓连接以及端板连接。等强设计和按构件按具体内力进行计算两种方法。,1、分类(1)工厂拼接 主要是受到钢材规格和现有钢材尺寸限制而进行的拼接。(2)工地拼接 主要是受到运输和安装
3、（起重）条件限制而进行的拼接。2、型钢梁拼接(1)同一截面对接焊缝（在 M 较小处拼接）(2)盖板角焊缝,3、组合梁对接焊缝拼接(1)工厂拼接 翼缘和腹板的接头位置要相互错开,和加劲肋的位置也要错开;对接焊缝要采用二级以上的检查方法，施焊时要使用引弧板。,(2)工地拼接 为了便于运输，接头位置一般在同一截面，但也可做成焊缝不在同一截面的接头。为了减少焊接残余应力，腹板和翼缘的连接焊缝应先留出500的长度在工厂不焊，待在工地将接头焊好后，最后再焊。,4、组合梁高强度螺栓工地拼接(1)翼缘拼接 拼接板的净截面面积不小于翼缘的净截面面积；根据翼缘净截面所能承受的轴力;按轴心力N 作用的连接计算方法确
4、定高强度螺栓的数目。,端板连接中板的厚度端板受弯，应力分布复杂，化成等效梁计算：弹性、塑性 弹性：一边嵌固、三边自由的板，垂直于板面有荷载P,当,当,塑性：极限状态阶段有限元计算：式中当为集中荷载时r0,极限状态,撬力,考虑撬力：塑性铰机理,10.2梁与梁的连接简支连接连续和半连续连接,10.3梁与柱连接的分类 连接的分类：柔性连接、半刚性连接、刚性连接 连接特性的表征：抗弯强度、转动刚度、延性连接强度：抗弯承载力、抗剪强度。刚性连接承受弯矩和剪力的能力应该不低于梁的承载能力，地震区的框架“强连接弱构件”；柔性连接的只要求其抗剪能力；半刚性连接介于刚性和柔性连接之间。连接转动刚度:由M曲线的斜
5、率来体现，刚性连接的刚度达到一定限值就可以看作是刚性连接。转动能力：延性指标。,半刚性连接和刚性连接分界的判定准则：第一个准则：正常使用极限状态 第二个准则：承载能力极限状态,欧盟规范EC3对有侧移框架规定刚性连接转动刚度Rki应不低于25EIb/lb，无侧移框架，EC3规定的刚性连接最小转动刚度为8 EIb/lb。半刚性连接和柔性连接的分界，EC3规范的规定:,刚性连接最低转动刚度:,10.4梁与柱连接的构造,梁与柱的连接分类：柔性连接(,)刚接(,端板较厚时)半刚接(,),柔性连接柔性连接只能承受很小的弯矩。几种典型的梁和H形截面柱的柔性连接:连接角钢、端板和承托 工程应用 支撑点的位置,
6、用角钢连接时，应做下列验算：（1）螺栓验算，包括A列和B列；（2）角钢验算，主要是抗剪；（3）当梁切去一部分时，梁削弱截面的抗剪和抗弯计算。柔性连接保证梁端能转动：（1）控制连接角钢的厚度；（2）B列采用不加预拉力的高强螺栓；（3）梁端和柱之间留出缝隙，使梁有转动的余地。,单板连接的试验研究 ew=2.5（n-1）（cm）螺栓数越少，则连接延性越好。,转动延性保证：连接板受剪屈服先于焊缝屈服和螺栓失效,半刚性连接半刚性连接形式应用范围：层数不超过1015的多层框架连接可做成半刚性连接，层数超过1015层且不依靠支撑提供侧向刚度，连接应做成刚性连接。端板连接梁端存在剪力：端板的厚度不受影响，螺栓
7、及梁端焊缝需要计算。当端板厚度大且柱设有加劲肋时，这种连接可看成刚性连接，这类连接最好由端板形成机构控制。,用上、下角钢的连接所能承受的最大弯矩,角钢水平肢用高强螺栓摩擦型连接，竖肢用抗拉高强螺栓，用上、下角钢连接的试验：拉侧角钢竖肢确有撬力存在，竖肢上螺栓宜只设一行。角钢水平肢则宜用两行螺栓，上、下角钢的连接的构造是适合于半刚性连接的要求的。,多层框架的刚性连接 梁和柱的刚性连接：完全焊接的、完全栓接的以及兼用焊接和螺栓的。,刚性连接的计算，梁翼缘的连接传递全部弯矩，腹板的连接件则只传递剪力，然而研究表明，翼缘不仅承受弯矩引起的正应力，还承受很大一部分剪应力。箱形截面柱内宜在梁上下翼缘平面设
8、置横隔板。方管尺寸不大的情况下，设置横隔施工很不方便，在梁端两侧焊上短T形钢或短角钢，使其宽度和柱宽度相同，分析表明，用T形钢加劲的梁柱连接刚性很好。,无加劲柱在节点区的计算设置加劲肋：不设加劲肋、在腹板全宽上设两道加劲肋和在腹板部分宽度上设置加劲肋。在全宽加劲肋之间曾经有过腹板出现裂纹。,不设加劲肋柱的极限状态：腹板屈服、屈曲、翼缘弯曲塑性或连接焊缝拉开。1、柱腹板屈服腹板的有效宽度柱腹板厚度应不小于 欧盟规范EC3(考虑纵向压力),2、柱腹板屈曲单向受压的四边简支板GB50017规范把式（10.10a）的28改为30。,未考虑纵向压力,柱受拉区只需验算翼缘及其焊缝。柱翼缘在梁翼缘传来的拉力
9、作用下有如两块承受线荷载的三边嵌固板，每块板承受拉力为3.5fytc2,3、柱翼缘弯曲出现塑性铰,拉力在翼缘的影响长度,用屈服线理论导出两侧翼缘板的承载力设计值分别为：,梁翼缘若用角焊缝和柱相连，则焊缝中部有被拉脱危险，焊缝的有效长度应按式（9.6）和表（9.2）计算。,统计分析此项最小值为0.15,4、柱翼缘连接焊缝破坏,柱翼缘、腹板加强措施：压力或拉力作用的计算不能满足，对柱腹板设置横向加劲肋，加劲肋厚度取梁翼缘厚度的0.51.0倍。加设斜加劲肋、腹板两侧焊板,单层框架的刚性连接单跨的单层刚架横梁与柱节点的连接形式如图10.25。加腋节点，一是提高梁端截面抵抗弯矩的能力，二是增大梁端截面螺
10、栓连接的力臂。,中柱上端和人字形横梁的脊节点连接形式,加腋的柱顶节点倾斜的内侧翼缘的截面积A2b应比原翼缘截面积A1b放大。节点中心加劲肋,当翼缘逐渐转变方向时，也要考虑类似影响,10.5柱脚柱脚的构成,柱脚的作用 放大柱端面积;将柱内力传递给基础;固定柱子 柱脚的分类 铰接柱脚 只传递轴力N(轴心受压柱采用)刚接柱脚 传递轴力N，弯矩M(偏心受压柱采用),型式和构造 轴承式铰接柱脚；平板式铰接柱脚；平板式刚接柱脚 埋入式、外包式刚接柱脚；靴梁式铰接柱脚；靴梁式刚接柱脚；,柱脚的计算,H形截面柱，无加劲肋 H形截面柱，翼缘有三角形肋,1、底板承压面积,构造复杂的柱脚，承压面积可以由靴梁板和肋板
11、的每侧取宽度c=ntp组成,砼等级在C15和C30之间变动 c=1.5tp欧盟规范1993试行,底板的厚度由其最大弯矩决定，底板单位宽度的最大弯矩,欧盟规范,2、底板厚度,底板厚度应不小于,压板屈曲 压板屈服当时当时,3、底板加劲肋,10.6桁架节点,节点的侧向刚度设计时应赋予节点以一定的侧向刚度,节点板受力分析和有关构造处理,屋脊节点是节点板负担过重，会造成节点板厚度太大，板边缘最大压应力,取H=0.9Nh=3bae=h/2,板边缘应力达到屈服点,减轻节点板厚度：外贴盖板、内贴盖板和内贴弯折角钢,节点板厚度,弦杆承担的力,节点板一般不宜负担在弦杆之间传力任务，当桁架跨度较大，弦杆需要改变截面
12、时，最好在节点范围之外、弦杆内力较小的一侧做不同截面杆的拼接，使节点板只在杆和腹杆之间传力。,如果在工地拼装节点，弦杆的拼接需要做在节点中心处，不使节点板起弦杆拼接板的作用。,对跨度和荷载都较大的桁架，需要分析节点板的受力情况，从而确定其厚度。用有限元方法计算节点板比较有效。,板按有效截面验算：有效宽度be的取法从第一行的外侧连接件向外以30角分布，到最后一行连接件轴线上截得宽度be,剪拉联合破坏压曲破坏,节点板拉裂计算,第i段撕裂面上的平均正应力和平均剪应力分别为,对节点板受压区需要验算图10.40（b）左侧所示有阴影线的三个区域的稳定。当时，验算强度。节点无竖杆时，时即须计算稳定。角钢桁架
13、节点板要求水平自由边bg不超过。,节点板的受力情况还和桁架变形有关，上杆受压缩短时，促使节点板屈曲。两杆之间的夹角在桁架变形时趋向于张大，也会造成损害。螺栓连接的节点，受桁架变形影响会小一些。,节点上的偏心节点构造应尽量避免出现偏心，不能完全避免则应尽量减小，使不产生显著影响，否则就应计算偏心的效应,跨度较大的桁架改变弦杆截面时，不同截面的弦杆轴线最好不相距过远。1、不等厚角度2、不等角钢3、加板,杆件夹角很小节点很容易出现节点偏心。,避免节点偏心的原则不是绝对的,10.7、10.8节自学,作业：习题10-1试评论教材图10-15梁柱连接节点的试验方案，并提出另一种方案与之比较。,习题10-2框架支撑点如图所示，梁、柱和斜杆为H型钢截面高度分别为600、400和300mm，工地用高强度螺栓连接，试给出节点构造图，要求构件中心交汇（按比例绘图）,节点,
