钢结构节点连接.ppt

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1、2023/2/23,1,介绍国家标准图 03SG519-1及04SG519-2 节点连接设计的技术条件、图集的内容及其使用方法。,2023/2/23,2,1）03SG519-1 为次梁与主梁的连接(去年开始发行),2023/2/23,3,2023/2/23,4,以上五种简支栓接型式，分别采用高强度螺栓摩擦型连接、高强度螺栓承压型连接 和 普通 C 级螺栓连接,根据连接在偏心影响下可承受的最大剪力设计值而编制的连接施工图选用图表，如本图集第 9 页至第 62 页所示。,2023/2/23,5,2）为框架梁在工地的栓焊拼接,2023/2/23,6,它主要用于当框架梁与柱在工厂用焊缝刚性连接，其悬臂

2、段与中间段的翼缘用对接焊缝，腹板用高强度螺栓摩擦型拼接时，为了既能按不同内力设计值进行拼接，也能按等强度要求进行拼接而编制的连接施工图选用图表，如本图集第 63 页至第 156 页所示。,2023/2/23,7,04SG519-2 为框架梁在工的全栓拼接(今年开始发行),2023/2/23,8,它主要用于当框架梁与柱在工厂用焊缝刚性连接，其悬臂段与中间段的翼缘和腹板在工地均用高强度螺栓摩擦型拼接时，为了既能按不同内力设计值进行拼接和按梁的净截面等强度进行拼接，同时也考慮了在抗震结构中，拼接位于框架梁塑性区段以内时等多种情况下，而编制的连接施工图选用图表,2023/2/23,9,本图集受弯构件选

3、用的 H 型钢截面规格（共72种）,2023/2/23,10,连 接 材 料高强度螺栓：8.8s 和 10.9s 两种。普通 C 级螺栓：4.6s 或 4.8s 两种。焊接材料：采用与Q235 及Q345 钢相匹配的 E43 和 E50 型焊条,2023/2/23,11,次梁与主梁(或与柱)简支连接的计算假定及计算公式,综合背景资料：其假定为,连接板与次梁可视为一体，支点在主梁腹板的中心线上。其连接螺栓和连接板除承受次梁的剪力外，尚应考虑由于连接偏心所产生的附加弯矩的作用。这些背景资料是：,2023/2/23,12,1 高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98 第8.3.11条 梁与柱铰接时

4、，与梁腹板相连的高强度螺栓，除应承受梁端剪力外，尚应承受偏心弯矩的作用，偏心弯矩 M 应按下列的公式计算：.（8.3.11）式中：e 为支承点螺栓合力作用线的距离。,2023/2/23,13,2 陈绍蕃著钢结构设计原理科学出版社 1987，11。王国周 瞿履谦主编钢结构原理与设计清华大学出版社4陈绍蕃钢结构中国建筑工业出版社，19965徐永基 刘大海 钟锡根 杨翠如编著高 层建筑钢结构设计陕西科学技术出版社 1993,12.,2023/2/23,14,在简支连接中螺栓群所承受的剪力和弯矩,2023/2/23,15,螺栓群在剪力和偏心弯矩作用下，反求螺栓群可承受的最大剪力设计值，即：式中：,20

5、23/2/23,16,确定支承板的厚度（取下列各式中之最大者）1 根据螺栓群可承受的最大剪力设计值求支承板厚2 根据螺栓群所受的偏心弯矩 求板厚3 根据构造要求求板厚,2023/2/23,17,1）根据焊缝的合成应力求角焊缝的焊脚尺寸,采用双面角焊缝，且只考虑其支承板与柱或主梁腹板的连接焊缝有效。为此，在焊缝中的合成剪应力为:式中:,2023/2/23,18,焊在主梁上支承板（或柱上竖向板）的个数。为支承板的高度，（为孔距，为板边距）将其代入前页公式，经整理后得角焊缝所需的焊脚尺寸为：注：式中的 是现行规范式中 的近似取值。2）据角焊缝焊脚尺寸的最小构造要求，求焊脚尺寸。其：,2023/2/2

6、3,19,主次梁用螺栓简支连接的选用图表示例,2023/2/23,20,2023/2/23,21,2023/2/23,22,检验主次梁简支栓接的选用表,取页 51 左表中的 型，其 H 型钢梁高 500,钢材牌号 Q345,主梁翼缘宽,剪力设计值,即第 1 列 6 行，对应的螺栓性能等级,抗滑移系数 摩擦型连接高强度螺栓,其预拉力（偏心距）来进行验算。,2023/2/23,23,2023/2/23,24,检验：偏心弯矩 弯矩在顶上一排螺栓中产生的剪力：剪力设计值在顶上一排螺栓中产生的剪力合成剪力 螺栓的抗剪承载力设计值 支承板的厚度及角焊缝的焊脚尺寸计算略。,2023/2/23,25,次梁与主

7、梁(或与柱)简支栓接的选用图表使用说明,在 1562 页选用图表中连接的最大剪力设计值系根据附录A公式(A.2-1)、(A.2-2)计算得出的。底行中的支承板厚度，系根据公式（A.3.1)(A.3.4)计算得出的（详见页157-159）。当选用表中没有所需要的截面时，选用者可根据以上公式进行计算。(即前面所介绍的公式，或按前面“检验”示例的步骤进行。,2023/2/23,26,简支栓接的适用条件及选用时的注意事项,1)当主梁为边梁，其腹板只有一侧有支承板，腹板的另一侧是否增设加劲板，本图集不作具体规定，由设计者自定。2)在J4 型连接中，应优先采用高强度螺栓摩擦型连接，不应采用普通螺栓连接。如

8、采用高强度螺栓承压型连接时，将使连接滑移变形量增大。因此，选用时应注意其不利影响。,2023/2/23,27,主次梁螺栓简支连接的索引表示方法,2023/2/23,28,主次梁螺栓简支连接的选用示例,设有一 Q235 的 H 型钢次梁，截面型号为 H 446199812,梁端剪力设计值，主梁为 Q235,截面型号为H 6003001225；连接节点为J4 型；主次梁间用10.9s高强度螺栓摩擦型连接。接触面用喷砂生赤锈处理，即 试问应如何选用其连接及索引。,2023/2/23,29,解:1）确定连接螺栓:,根据次梁的钢材牌号、截面尺寸和高强度螺栓摩擦型连接方式，页查页 25。可在 表格内J4

9、型 所在列与，所在行相交处（即第 6行第 6 列）查得：（满足设计要求）。对应的详图为该页左起第 4 个图形。,2023/2/23,30,2023/2/23,31,2）确定支承板和连接盖板的加工尺寸：由于J4 型在25页第 6 列底行中只有板号 而无板厚修正值，故设计者只需注明板号。施工者就可根据主梁截面尺寸和板号查页13（截面代号 1H60.8，在对应于J4 型、板号 的第 9 行第 2 列，即可查得支承板的加工尺寸连接盖板的板厚 及加工尺寸均可从 25 页 J4 型图中查得；至于焊脚尺寸 及需在连接处加塞2mm厚的填板，可由制作加工厂根据 4.3 与 4.4 条的要求施工。,2023/2/

10、23,32,2023/2/23,33,3）节点连接的索引表示方法:根据J4 型图的标准表达式为:注：螺栓性能等级和连接处钢材表面的处理方法,应在设计总说明中说明，故在索引中不注。,2023/2/23,34,编制框架梁栓焊拼接的有关的背景资料高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98第8.5.2条 当用于抗震设防时，梁的接头应按本规程第8.1.3条第三款的要求设计；当用于非抗震设防时，梁的接头应按内力设计，此时，腹板连接按受全部剪力和所分配的弯矩共同作用计算，翼缘连接按所分配的弯矩设计。当接头处的内力较小时，接头承载力的不应小于梁截面承载力的 50%。,2023/2/23,35,1）腹板拼接板及

11、其每侧的高强度螺栓，按拼接处的弯矩和剪力设计值计算。即腹板拼接板及每侧的高强螺栓承受拼接截面的全部剪力及按刚度分配到腹板上的弯矩，但其拼接强度不应低于原截面抗弯承载力的 50%。,2023/2/23,36,2）由于当翼缘为焊接、腹板为高强度螺栓摩擦型连接时，一般总是采用先栓后焊的方法，因此在计算中，应考虑对翼缘施焊时其焊接高温对腹板连接螺栓预拉力的损失，损失后连接螺栓的抗剪承载力取。,2023/2/23,37,在梁腹板的拼接中螺栓群所承受的剪力和弯矩,2023/2/23,38,梁腹板用螺栓拼接的计算公式 根据梁截面尺寸合理布置的螺栓群，分别取梁截面最大抗弯设计值的，按 0.1 进级）和，按截面

12、模量分配在腹板上的弯矩和待定的剪力同时作用在拼接一侧螺栓群的中心处，使螺栓群角点处螺栓的受力刚好达到其最大抗剪承载力设计值时，反求出螺栓群可承受多大剪力这一思路来编制的。,2023/2/23,39,螺栓群在弯矩和剪力作用下，角点螺栓所受剪力的计算 式中：,2023/2/23,40,确定腹板拼接板的厚度（应取下列四项中之最大者）。1)根据螺栓群受的弯矩求板厚:2)根据螺栓群受的剪力求板厚：3)根据螺栓间距 S 确定板的厚度及原则上应使拼接板的截面面积不小于腹板的截面面积,2023/2/23,41,框架梁在跨内栓焊拼接的选用图表示例,2023/2/23,42,检验梁的栓焊拼接选用表,取页87中的

13、H 钢材牌号Q235钢，摩擦型型连接高强度螺栓（预拉力）。取表中的，再取螺栓的性能等级 和取抗滑移系数，所对应的 来进行验算。,2023/2/23,43,梁的腹板高度 梁腹板惯性矩 梁腹板的净截面惯性矩：梁翼缘的毛截面惯性矩：梁的全截面惯性矩 梁的净截面惯性矩,2023/2/23,44,拼接缝至螺栓群中心处的偏心距在拼接一侧螺栓群中心处的弯矩设计值,2023/2/23,45,连接盖板计算略.,2023/2/23,46,梁的栓焊拼接选用图表使用说明,在第 63156 页表头中的、系分别表示梁的毛截面和净截面可承受的最大弯矩设计值（未考虑 1.05 的塑性发展系数，在热轧 H 型钢中未计入翼缘与腹

14、板交接处其翼缘、腹板边缘与内圆弧围成的截面积对弯矩设计值的贡献），系表示梁腹板净截面可承受的最大剪力设计值。其中 中的 为 的简写。,2023/2/23,47,选用图表中的数字系表示当连接截面处分别承受 和 弯矩时，根据附录 B 公式（B.3.1-1）和（B.3.1-2）算得的螺栓群可承受的最大剪力设计值。底行中的数字系根据附录 B 公式（B.3.2-1）至公式（B.3.2-4）算得的拼接板厚度中的最大值。,2023/2/23,48,当表中的数字与表头中 的数值相同时，表示在连接截面处在表头弯矩值作用下，螺栓群可承受的最大剪力设计值已超过了梁腹板净截面可承受的最大剪力设计值,说明螺栓群的承载力

15、有富裕。当按式（B.3.2-2）计算拼接板的厚度时，该式是按梁腹板可承受的最大剪力设计值来计算的。,2023/2/23,49,页63-156图表的选用方法及注意事项：,1)通常是在给定梁的钢材牌号、截面尺寸、高强螺栓的性能等级和抗滑移系数的情况下，在相应的图表中查找弯矩、剪力值不小于具体工程中梁拼接处的弯矩、剪力设计值所对应的螺栓布置及其节点索引号。2)也可在已知梁的钢材牌号、截面尺寸的情况下，在相应的图表中查找弯矩、剪力值不小于具体工程中梁拼接处弯矩、剪力值所对应的高强螺栓的性能等级、抗滑移系数、所对应的螺栓布置及其节点索引号。,2023/2/23,50,3)在抗震设防结构中，应选用 H 型

16、钢中翼缘的宽厚比不得大于现行抗震设计规范所规定的限值。并使此类拼接节点避开塑性区，宜将其放在距柱边1/10净跨长度或两倍梁高两者的较大值之外,且宜按连接与梁截面抗弯等强度来选用。为此只需在钢梁栓焊拼接选用图表中的第 6 列、下的数据中进行查找，只要使表中数值不小于具体工程中梁端截面组合剪力设计值的（）倍即可。,2023/2/23,51,此时梁端截面组合剪力设计值，宜参照现行建筑抗震设计规范公式（6.2.4-2）进行计算。式中 为梁截面的塑性弯矩，为梁在重力荷载代表值（9 度时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。,2023/2/23,52,主梁栓焊拼接的

17、索引表示方法,2023/2/23,53,例 有一抗震框架梁，跨度 8m。截面型号为H 500250816。Q345 钢，需在工地栓焊拼接。其拼接点距柱边为1.1m，拼接处地震作用下的内力组合设计值;，如采用 10.9s 高强度螺栓摩擦型连接,接触面采用喷砂后涂无机富锌漆处理()试问应如何选用其节点连接及索引。,2023/2/23,54,解:1)确定拼接处拼接计算的原则 由于拼接点距柱边 1.1m 1.1m 长，其拼接点可视为不在塑性铰区段内，宜按截面抗弯等强度来进行拼接。2)确定连接螺栓:根据框架梁的钢材牌号和截面型号，查页 134。在已知高强度螺栓为 10.9s，的条件下，可在各种不同螺栓布

18、置选用表中的第 5 行第 6 列的数值中进行查找，只要查得表中的剪力设计值大于。即可满足设计要求。为此只有在 螺栓布置的选用表中，查得 可满足此条件。,2023/2/23,55,2023/2/23,56,3)确定连接盖板的厚度：在 下的底行6 列中查得拼接板厚。4)节点连接索引的表达式：因节点板厚在表中为唯一数值 8，在索引中可不必注写。根据P节点图的标准表达式为 2H50.4-P注：在本例中，如抗滑移系数取 则 和 的高强度螺栓都能满足设计要求。,2023/2/23,57,编制框架梁全栓拼接的技术条件有关的背景资料1 陈绍蕃钢结构（第二版）中国建筑工业出版社，19962 王国周 瞿履谦主编钢

19、结构原理与设计清华大学出版社，1993，11。267页）罗邦富 魏明钟 沈祖炎 陈明辉编著 钢结构设计手册中国建筑工业出版社1989，10。第76页,2023/2/23,58,1 当拼接位于非抗震框架梁或抗震框架梁塑性区段以外时的计算原则 1）在翼缘拼接中，均按与翼缘等强度来计算。2）在腹板拼接中，腹板拼接板及每侧高强度螺栓按承受拼接截面的全部剪力及按刚度分配到腹板上的弯矩。但其拼接承载力最小不得低于原截面抗弯承载力设计值的50%；腹板拼接螺栓的受力应符合梁截面中的应力分布，即腹板角点上的螺栓在弯矩作用下所产生的水平剪力值应与翼缘螺栓水平剪力值成线性关系。,2023/2/23,59,注：1 凡

20、在表头H 型钢截面尺寸的前面注有*符号者，系表示该截面型号的翼缘宽厚比、或腹板的高厚比已超出了12 层及其以下 7 度设防的限值，而只能作为 12 层及其以下 6 度抗震设防和非抗震设防的框架梁来使用。2 在选用表中，当在“腹板拼接一侧的拼接螺栓”栏下的剪力值中出现有横线下的数字时（其值均在1.01-1.05 范围之间），是表示腹板上角点处的拼接螺栓在该列表头弯矩作用下所产生的水平分力与翼缘拼接螺栓水平力的线性关系已超过了1%-5%。以便供设计者酌情选用。(如下图所示),2023/2/23,60,2023/2/23,61,2 当拼接位于抗震框架梁塑性区段以内的计算原则 1）根据现行建筑抗震设计

21、规范表 的规定，由于节点板件、连接螺栓的承载力抗震调整系数为0.85，框架梁的抗震调整系数为0.75。由此可得到其连接的承载力设计值应满足不小于梁载面承载力设计值 的要求。为此，只要在选用表中将满足等强连接条件（即表中 列下注有剪力值所在行中的连接条件）的拼接板厚度和拼接螺栓数的计算值再乘以 1.13 的增大系数即可。,2023/2/23,62,2）考虑到翼缘拼接螺栓很可能在大震时由摩擦型的受力状态转变为承压型的受力状态，而使螺杆受剪和孔壁承压，为防止由此而引起的破坏，还须按照现行建筑抗震设计规范的公式（8.2.8-7）对按上述 1）款所述方法的计算结果进行复核。据此，在本图册的翼缘连接中，只

22、要按照上。,2023/2/23,63,述公式进行复核后，如拼接板厚度或拼接螺栓数大于表中按等强连接的数值时，则均在表中螺栓列数的下方或上方、和相应拼接板厚度的上方和板长的旁边加注了带括号的数字。以便在抗震拼接中，按其拼接位置是否在塑性区段以内时的不同情况而选用。其余未加注括号的数字，仍应照常采用。(如下图所示),2023/2/23,64,2023/2/23,65,3）梁腹板在塑性区段以内的拼接计算：其拼接应满足建筑抗震设计规范公式 和 的要求。式中 在腹板拼接中由塑性弯矩引起一个螺 栓的最大剪力。为梁在重力荷载代表值作用下,按简支 梁分析的梁端截面剪力设计值。注：关于塑性区段内外的界定，通常以

23、 1/10 距跨长或两倍 梁高 两者中的较大值为分界线。,2023/2/23,66,3 当拼接位于非抗震框架梁或抗震框架梁塑性区段 以外时的计算公式 1）梁上下翼缘的拼接，按等强度原则进行。即取以下二式中之较小者：式中：、分别为一个翼缘的净截面面积和毛截面面 积。是考虑摩擦型高强度螺栓的孔前传力。为翼缘连接一列的螺栓数（即行数）。,2023/2/23,67,2）上、下翼缘连接一侧所需的螺栓数:为一个摩擦型高强度螺栓的抗剪 承载力设计值。3）上下翼缘上下侧拼接板的板宽和板厚:应 使其净截面面积各不小于翼缘净截面面积 的一半为原则。,2023/2/23,68,4 在弹性阶段或拼接位于塑性区段以外时

24、，梁腹板用螺栓拼接的计算公式：根据梁截面尺寸合理布置的螺栓群，分别取梁截面最大抗弯设计值的，按 0.1 进级）和，按截面模量分配在腹板上的弯矩和待定的剪力同时作用在拼接一侧螺栓群的中心处，使螺栓群角点处螺栓的受力刚好达到其最大抗剪承载力设计值时，反求出螺栓群可承受多大剪力这一思路来编制的。,2023/2/23,69,在梁腹板的拼接中螺栓群所承受的剪力和弯矩,2023/2/23,70,螺栓群在弯矩和剪力作用下，角点螺栓所受剪力的计算,式中：附加条件：,2023/2/23,71,确定腹板拼接板的厚度（应取下列四项中之最大者）。1)根据螺栓群受的弯矩求板厚:2)根据螺栓群受的剪力求板厚：3)根据螺栓

25、间距 S 确定板的厚度及原则上应使拼接板的截面面积不小于腹板的截面面积。,2023/2/23,72,5 当拼接位于塑性区段以内时：腹板上连接螺栓的极限抗剪承载力应满足下式要求：但由于式中的 和因随工程而异。为了便于制表，特将在塑性铰区可能出现的最大剪力值，保守的按腹板可以承受的最大值来代替，即（在一般工程中是不可能出现的）。式中 即为各选用表中腹板净截面的抗剪承载力设计值。,2023/2/23,73,当按式 验算后,如连接不满足要求时，应将该腹板连接不能承受的那部分塑性弯矩转由翼缘的连接来承受。其具体计算如下:1）求梁腹板净截面的塑性模量 2）求梁腹板净截面的塑性弯矩,并考虑钢材屈服强度的超强

26、系数取 1.2,2023/2/23,74,3)复核腹板拼接板的抗弯不小于 时所需的板 厚 4)求腹板连接在按式 算出的剪力和塑性弯矩作用下,使螺栓刚好达到极限承载力时,反求出连接可承受的部分塑性弯矩，如下式所示：a 根据在本图册梁腹板的厚度范围，通过连接螺杆抗剪承载力和孔壁承压承载力的计算比较表明，均为孔壁承压控制（详页124）为此其式如下：,2023/2/23,75,b 如 说明腹板连接满足 和 倍塑性弯矩的联合作用.此时计算翼缘连接的轴心力，按下式计算：如 应将腹板连接不能承受的那部分塑性弯矩转由翼缘的连接来承受，即此时计算翼缘连接的轴心力，按下式计算。C 复核翼缘连接所需的螺栓列数，取以

27、下二式中的较大值：；,2023/2/23,76,主梁栓焊拼接的索引表示方法,2023/2/23,77,抽查检验梁的全栓拼接选用图表 取页 中的,钢材牌号 钢，摩擦型连接高强度螺栓,螺栓的性能等级,（预拉力）,取表中 抗滑移系数 所对应的 来进行验算。,2023/2/23,78,翼缘的拼接验算 1 验算梁翼缘拼接一侧所需的螺栓数量 净截面的轴向力:毛截面的轴向力:翼缘拼接需用螺栓数:列,2023/2/23,79,2 翼缘拼接盖板所需的厚度计算：翼缘外侧拼接板的板宽:所需的板厚:翼缘内侧拼接板的板宽:所需的板厚:(采用14 mm，同表中数据),2023/2/23,80,腹板的拼接验算1 腹板拼接螺

28、栓在弯矩和剪力作用下的承载力验算梁翼缘的毛截面惯性矩:梁腹板毛截面惯性矩:梁的全截面惯性矩:梁翼缘的净截面惯性矩:梁腹板的净截面惯性矩:,2023/2/23,81,梁的净截面惯性矩:由拼接缝至螺栓群中心处的偏心距:在拼接一侧螺栓群中心处的弯矩设计值:梁腹板按净截面惯性矩分配的弯矩:,2023/2/23,82,角点螺栓在腹板弯矩作用下所产生的水平力和竖向力:角点螺栓在剪力作用下所产生的竖向力:在角点螺栓上的合成剪力:,2023/2/23,83,检查腹板角点螺栓在弯矩作用下产生的水平剪力与翼缘连接螺栓在轴力作用下产生的水平剪力的线性关系（证明是否在线性范围内）当拼接位于塑性区以内的连接计算根据 4

29、.1.2（1）条的要求，复核翼缘拼接所需的螺栓列数：应在该表中第 3，5，6 行的 列下都注 608 kN剪力设计值的连接条件中进行复核。现取第 3 行的,2023/2/23,84,连接条件（Q345,8.8s,)来进行验算：1）求翼缘拼接承载力设计值应高于翼缘截面承载 力设计值1.13 倍时的轴心力设计值:2）求翼缘拼接需用摩擦型连接高强度螺栓的列数 列（取 6 列，每列为 2 个。同表中括号内的数值)3）翼缘拼接板的厚度计算在此略。,2023/2/23,85,2 根据 4.1.2（2）条的要求，求翼缘拼接需用的 螺栓列数：先计算腹板拼接,在1.2 倍塑性弯矩和剪力作下，是否存在其抗弯承载力

30、需由翼缘的连接来协助承受。1）复核腹板拼接板的净截面塑性模量不小于梁腹板净截面塑性模量 时所需的板厚:图中的 10 mm（不需要加强）,2023/2/23,86,2）求梁腹板净截面可产生的最大塑性弯矩:3）求当孔壁承压达到极限承压强度时，除了承受剪 力作用外，还可承受的部分塑性弯矩:需转由翼缘来承受的弯矩为4）求翼缘在塑性弯矩作用下产生的最大轴心力:,2023/2/23,87,5）根据和螺杆的极限抗剪承载力求拼接所需的螺栓数（列）6）根据和翼缘孔壁承压的极限承载力求拼接所需的螺 栓数：（列）再与 1(2)的计算结果比较,应 取为6 列螺栓(与表中 列栏下第 3 行中括号内 的数据相同).,2023/2/23,88,2023/2/23,89,通过本例和本图集的全部计算表明，在翼缘拼接中，在大震阶段连接按极限承载力计算出来的螺栓数，除少数 H 型钢规格外，一般均少于小震阶段翼缘按等强连接计算出来的螺栓数。且二者的差值，随翼缘厚度的加大而加大。(完),