浅谈钢结构节点设计与异型柱框架的应用和发展

摘要：本文阐述了建筑工程中钢结构构件的连接形式、设计要求、连接方法、结构特点及典型的连接节点，为钢结构设计工作提供一定的借鉴。介绍了异型钢结构框架的在高层建筑体系的应用，分析了该体系在钢结构能够利用的原因，对异型钢结构柱的优点进行了分析，并对各种异型柱的应用特点，进行了简单的分析和比较。
　　关键词：钢结构节点设计异型框架架柱高层住宅
　　一、钢结构节点设计
　　钢结构在建筑工程中已经得到了广泛的应用，钢结构用作主结构钢平台，零星结构钢平台、楼梯、屏蔽隔板、管道设备支撑、走道、护栏、旋转爬梯、临时顶盖、穹顶，几乎所有钢结构的连接都是采用高强螺栓和焊接进行。这里主要概述钢结构连接节点的设计方法。
　　1、钢构件连接节点的形式
　　按构件受力方式可分为：单剪连接、弯矩连接、扭矩连接，及其与轴向力的组合连接，支撑连接(包括水平支撑、垂直支撑、斜支撑)。按构件的连接方式可分为：单板连接、双板连接、单角钢连接、双角钢连接、端板连接。按构件与构件间的连接可分为：梁-梁连接，梁-柱连接及其分别带有水平支撑和垂直支撑的连接，柱拼接(包括大小柱的拼接)。
　　2、钢结构连接接点的设计要求
　　建筑工程对钢结构的加工和安装要求决定了钢结构的连接方式，可以按照业主要求，对焊接易于保证焊缝质量，使钢构件既适于加工保证工程进度的要求，同时又便于现场安装方便快速，因此决定在钢结构的节点设计中，构件与构件之间的连接尽量采用螺栓连接，除非在那些使用螺栓连接将使整个节点变的非常复杂或被连接的构件尺寸较小、无足够空间布置一定数量螺栓的情况下才采用现场焊接的连接设计。
　　对于节点设计的另外一个重要要求是连接螺栓和焊缝所能提供的力必须大于所给外力或被连接构件的最大承载力。此外对于和预埋件相连接的构件为使连接方便，并且便于处理预埋件定位偏差造成的影响，通常采用现场焊接。在浇筑混凝土时遗漏预埋间的情况下为便于钢构件和混凝土的固定，采用HILTI膨胀螺栓和化学螺栓连接，是最常用的构件连接方法。
　　3、钢结构连接节点的设计方法
　　A：简支梁连接。梁-梁，梁-柱是钢结构设计中的基本连接，一般采用简支梁连接形式，可使用双角钢、端板、单板双板连接。此状况下一般将双角钢与次梁车间焊接，现场用螺栓将主梁腹板与双角钢连接。
　　在此连接状态，螺栓不受偏心载荷，而焊缝受到偏心载荷的作用，由于焊缝采用三面围焊其抗弯能力较高，因此，在较重载荷的情况下，一般采用双角钢连接。相对而言，螺栓承受了附加偏心载荷。在另外一些场合，如载荷较大并且次梁与主梁成一定的角度时，将钢板弯折成相应的角度，形成类似于双角钢的连接。如果载荷较小，可采用较简单的端板连接，在此类连接中，适当增加端板板厚，可承受剪力和轴向力的组合荷载。时对于主次梁不是正交的情况下，端板连接在加工工艺性上的优点比双角钢连接更好。
　　单板连接对于连接槽钢等类的次梁而言是非常简便的，尽管螺栓受偏心载荷，只要螺栓的承载力大于外载荷，而单板于主梁的焊缝一般采用三面围焊，其受力状态较好。如果由于上下翼缘切割腹板需要加筋时，只需要在单板的另一侧即腹板内侧焊接一加劲板。
　　双板同样适用于在主梁上无法紧固螺栓的场合，当外载荷较大而螺栓单剪又不足以抵抗外载荷时，采用此连接方式。其缺点就是螺栓及梁均受偏心载荷的作用，需要比较复杂的计算程序进行螺栓在剪力及弯矩综合作用下的验算。决定连接节点设计的重要因素是设计载荷的选择，根据钢结构设计规范CSA16.1，设计载荷与被连接梁的抗弯截面系数，梁的屈服强度，及梁跨距有关，当跨距较小时（〈2M〉，其值取梁腹板抗剪力之半，设计载荷的最大值应不超过梁腹板的抗剪力。一般情况下