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【钢结构·技术】钢框架连接节点抗震验算公式的几个问题

2021-11-22 16:09:58 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

钢框架连接节点抗震验算的要求,一是弹性等强;二是“连接的极限承载力应大于构件的屈服承载力”,两者的比值≥连接系数。连接节点抗震验算反映的是连接(焊接或螺栓连接)与构件的相对强弱,要求达到“强连接弱构件”。除柱拼接和柱脚验算时需要考虑轴力设计值的影响外,其它连接的抗震验算只与构件的材质和规格有关,与构件的内力设计值无关。

《抗规》中给出了各种连接的极限承载力验算公式:


蓝色箭头所指为连接的极限承载力,绿色箭头所指为构件的屈服承载力。

《高钢规》中给出了极限承载力和屈服承载力的具体计算方法。但发现有几个问题有必要进行探讨。

一、梁柱刚性连接中腹板高强螺栓连接的极限承载力验算

验算公式如下:


公式(8.2.1)体现了“强连接弱构件”,公式(8.2.4)是连接的极限承载力的计算式。有几个概念说明如下。

1.连接的极限承载力控制值计算式和连接的极限承载力计算式的区别:

公式(8.2.4-2)和(8.2.4-3),文字标题是“…连接的极限受弯承载力”,但公式中并没有与连接(焊缝或螺栓)有关的任何参数。也就是说,该公式并不是“连接的极限受弯承载力计算式”,而是尚待设计的“连接的极限受弯承载力控制值的计算式”。求得该控制值后,才能验算螺栓或焊缝的极限承载力。《高钢规》除了在附录F中给出梁腹板螺栓拼接的极限承载力验算公式(下图)外,未给出其它连接的极限承载力验算公式。


    分清连接的极限承载力控制值计算式连接的极限承载力计算式,有助于理清计算步骤,尤其避免遗漏对连接板与柱翼缘之间焊缝的验算。

参见下图,梁柱刚性连接中腹板高强螺栓连接的极限受弯承载力计算式为:


2.腹板连接的极限受弯承载力公式(8.4.2-3)不成立:

该式左边是腹板连接的极限受弯承载力,右边是连接板(或梁腹板)的屈服承载力,二者不应该是等号,而是应将右边乘以连接系数,即下式:图片



3.腹板螺栓连接极限受剪承载力验算公式(8.2.5-1)和(8.2.5-1)不协调:


公式(8.2.5-1)左边是由腹板连接的极限受弯承载力控制值求得的水平极限受剪承载力控制值,再乘以连接系数

公式(8.2.5-2)左边是腹板连接的竖向极限受剪承载力控制值,未乘

同样是极限受剪承载力,一个乘连接系数一个不乘,不协调一致。

而且,公式(8.2.5-1)左边的是连接的极限受弯承载力对应的连接的极限受剪承载力,连接对连接,为啥要乘以连接系数呢?

推导如下:


此式与(8.2.5-1)相比,左边没有连接系数。

4.总结:

《高钢规》公式(8.2.4-3)右边应乘以连接系数,改为:


公式(8.2.5-1)左边应删去连接系数,改为:


即:


公式(8.2.5-1)和(8.2.5-1)左边都没有连接系数,协调一致。

二、外包式柱脚极限受弯承载力验算时纵筋强度的取值

    1.短柱纵筋配筋量太大:

    外包式柱脚普遍反应短柱纵筋配筋量太大。可参见公众号 “从钢结构到装配式钢结构建筑”的文章《外包式柱脚,你还好吗?》 。下图摘自该文:柱脚短柱截面为1100x1100,纵筋56Φ50,配筋率达到9.08%:


抛开别的不说,纵筋净距不足18mm就是极其行不通的。若按纵筋最小净距50mm估算,短柱截面最少需要1550x1550。实际上,考虑钢柱安装时锚栓螺母的施拧空间,钢筋净距以150mm左右为宜,则短柱截面将更大。施工中曾经有这样的情况,因短柱纵筋太密集无法拧紧柱脚螺母,不得不将纵筋截断,这是不能允许的。

本人经手算与软件计算对比,发现配筋量的差别主要在于的取值。按极限强度取值和还是按屈服强度取值,配筋量相差较大,见下表:

钢筋牌号

屈服强度标准值

极限强度标准值


HRB335

335

455

1.36

HRB400

400

540

1.35

HRB500

500

630

1.26

下图摘自《高钢规》 。由绿色箭头所指的注释可见,表示的是“钢筋的抗拉强度最小值”。


再由《高钢规》表4.2.1可见,钢材的抗拉强度最小值就是,即钢材的极限抗拉强度。


可见,公式(8.6.3-5)中应按钢筋的“极限强度标准值”取值。但有人认为,在《混凝土结构设计规范》的符号注释中,表示的是钢筋屈服强度标准值,所以应按“屈服强度标准值”取值。


2. 建议:

外包式柱脚极限受弯承载力验算时,钢筋混凝土短柱纵筋的强度按“极限强度标准值”取值。确定短柱截面尺寸和进行纵筋排布时,要充分考虑钢柱安装时拧紧地脚锚栓的施工操作空间,杜绝不得已截断纵筋的现象。