节点域计算规范的理解

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话题:节点域计算规范的理解

整理人:王　雷

id=97092

1　节点域计算规范的理解rong:

另外,对wallman的回答有不同看法“钢规”,的公式是

弹性计算,但是它仅仅适用于非抗震地区,对地震地区的节点域公式则应参考“抗规”。试想一下,如果“钢规”的公式既要满足抗震,又要满足非抗震。从两者的公式来看,肯定是非抗震的起控制作用,那“抗规”公式中的折减系数还有必要吗?

对折减系数的考虑,是不想让节点域中的钢板太厚或太薄。按照这样的设计概念,节点首先屈服,然后是梁,再是柱,这与一般的屈服顺序不一样。

changyanbin163:

在节点域的计算中,抗震设计和非抗震设计有所不同,差异在于抗震设计中引入了一个折减系数ψ(参见《钢结构设计规范》(GB50017-2003)(以下简称“钢规”)式71412-1和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(以下简称“抗

)公式81215-2。所以计算后非抗震设计对节点域的要规”

求更高,经常会使柱腹板更不容易满足要求。

弯矩设计值Mb与截面全塑性弯矩Mpb的关系可以通过截面形状系数来表达。具体可以参考相关的钢结构教科书中有关受弯构件部分。也就是说这两个公式是相关的,并不矛盾。“抗规”81215-2公式左边表示节点域的屈服强度、极限弯矩(塑性设计),81215-6公式左边表示节点域的设计强度、设计弯矩(弹性最大弯矩),在抗震要求下,有抗震调整系数。

“钢规”71412-1公式左边表示节点域的设计强度、设计弯矩(弹性最大弯矩),非抗震状态下,没有抗震调整系数。小玉的说法有误,其实,梁柱节点都有不同的抗震调整系数,不会使得节点先于梁柱破坏的。具体可以看“抗规”

514节。allan:

此节点域的功能是什么?为什么计算中会有这样的差别?

wallman:

　　上述理解有误,两规范的公式验算状态不一样,作用也不同。

“抗规”公式81215-2是验算在大震情况下节点域的屈服承载力的,所以采用截面全塑性弯矩Mpb,关于折减系数ψ的解释在条文说明中有,主要是为了保证节点域的安全和必要的耗能能力。而“钢规”公式71412-1是用来验算弹性状态时节点域的抗剪强度的,所以采用两侧梁端的弯矩设计值Mb,无论结构是否有抗震要求,都要满足该公式。如果有抗震要求时,此公式在“抗规”中也有相对应的要求,见“抗规”公式

81215-6。wsj79:

不管抗震与非抗震“钢规”,都是要满足的,而有抗震要求时,还要满足“抗规”的要求,当两者有冲突(重复)时,按照

最严格者来满足。

对抗震调整系数的建议:应该按照不同的震区取一个折减系数,这个系数应与地震影响系数最大值对应。在实际工程中,当有抗震要求时,节点域腹板厚度往往是由“抗规”公式81215-2决定的,这个公式从表面上讲是构造要求,与内力无关。

节点域范围的看法:两边梁不等高的情况,应取最大梁对应的加劲肋范围,因为即使在这个范围内还有其他加劲肋(两边梁高差大于150mm),这个加劲肋对节点域来说也能起到加强作用。

2　规范之间的差异yan-zhen-guo:

在节点域的计算中,当柱子两个方向的梁高不同时,节点域验算公式中的梁的腹板高度取多少,取高还是取低?

zfz1981:

现有一工程:柱子截面大小为HW300×300×10×15,两侧的梁分别为HN350×175×7×11和HN700×300×13×

24,那么在计算Vp时hb应该取676mm还是339mm?

个人认为应该取高值。但对照STS程序的结果,感觉它是按低值计算的。因为计算所得的twc达到了72mm。而按

676mm计算时,twc值仅为36mm。

hai:

非抗震下根据两个梁的弯矩和梁高分别计算腹板剪力,然后相加;抗震时根据两个梁的全塑性受弯承载力和梁高分别计算腹板剪力,然后相加。小玉:

其实很简单。因为验算的是节点的区域体积,不管左右两边的梁高是否相等,只要把柱子的翼缘以及柱子的加劲肋

SteelConstruction12007(6),Vol122,No196

针对allan所说:“111111在实际工程中,当有抗震要求时,节点域腹板厚度往往是由“抗规”公式81215-2决定的,这个公式从表面上讲是构造要求,与内力无关。”以H型截面柱为例进行分析。

a1依“抗规”公式81215-2:tw≥(hb+hc)/70;

b1按照“抗规”公式81215-2验算,当不满足时,节点域

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钢结构论坛

厚度需满足:

tw=[3ψ(Mpb1+Mpb2)]/(4fvhbhc)

c1按照“抗规”公式81215-6验算,当不满足时,节点域

全塑性弯矩时,截面的全塑性抵抗矩Wp已可以按截面中和

轴两侧的截面面积乘以形心到中和轴的距离来计算。比如对于矩形截面:宽B,高H。那么高度方向的弹性截面抵抗矩W=H2B/6,而塑性Wp=H2B/4。

在弹性设计阶段,节点域的剪应力是由于两侧梁的翼缘产生的压或者拉力不平衡所致,计算时取的是同工况下梁两侧的弯矩。但抗震设计中,节点域塑性验算时采用两侧梁的全塑性弯矩,在水平地震力的作用下,两侧梁的塑性弯矩是同向的,即为相加的关系,此时计算出的柱腹板一般很厚才能满足要求。“抗规”规定:当柱腹板厚度不小于梁与柱高度和的1/70时,可不计算节点域的稳定性。此处表述不太清楚,其实弹性设计时还是要满足的。

3　小　结V6:

厚度需满足:

γre(Mb1+Mb2)]/(4fvhbhc)tw=[3

在实际工程中遇到的情况如下:

1)满足a,但不满足b或c。

2)不满足a,满足b,最后按照c确定节点域厚度。3)不满足a,满足c,最后按照b确定节点域厚度。

由于梁截面的确定不同,设计内力的不同,所以确定节点域厚度的情况比较多。如在第1种情况中,是直接取(hb+hc)/70吗?

guobaoli79:

“抗规”公式81215-6中有后注:当柱节点域腹板厚度不小于梁柱截面高度之和的1/70时,可不验算节点域的稳定性。此处梁截面高度是不是两侧梁截面高度之和呢?

bill-shu:

目前我国涉及到节点域计算的规范主要有三本,“钢规”“抗规”,和《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-)。98)(以下简称“高钢规”

梁高度取两侧最大高度。

虫草:

在节点域这部分首先要明确两个问题:

1)是做设计还是做研究?2)是高层还是多层?

“钢规”的71412条给出了节点域抗剪的强度计算公式

71412-1:(Mb1+Mb2)/Vp≤4fv/3,这个公式的形式与“高钢规”

的公式81319-1是一致的。但“钢规”主要针对的是非抗震设计时的状态,公式右侧的fv不用考虑节点域承载力抗震调整系数。而“高钢规”的81319-1是包括抗震和非抗震两种状态的,抗震时左侧为地震作用下的梁端弯矩设计值,右侧的fv为考虑节点域承载力抗震调整系数之后的节点域抗剪强度设计值,只是公式里没直接表示。在抗震设计的前提下“高钢规”,的公式81319-1与“抗规”的公式81215-6是一致的。在非抗震设计前提下“高钢规”的公式81319-1与“钢规”的公式71412-1是一致的。

对于节点板域的稳定性,三本规范给出的计算公式是统一的。“钢规”71412-2公式,“抗规”81215-5公式及“高钢规”的61315公式表述是一致的,都为1/90,它们都以美国规范为依据。但“抗规”81215条的注释:\"当柱节点域腹板厚度不小于梁柱截面高度之和的1/70时,可不验算节点域的稳定性”。这个注释确实表述很不清楚,是不是达到这个标准之后就不用验算节点域的屈服承载力了?“抗规”没有给出明确的说法,1/70在“钢规”的71412的条文说明中也提到了“:111111但我国的初步研究则认为在轴力和剪力共同作用下,保证不失稳的条件应为(hb+hc)/tw≤1/70”。该说明与“抗规”的注释应该是一致的,但满足这个规定后有何意义“抗规”,并没有给出明确的指导方向。

对节点域的屈服承载力计算“抗规”,公式81215-2与“高钢规”公式81319-2规定基本上是一致的,但“抗规”增加了在6度Ⅳ类场地的折减系数取值。因“抗规”为新规范,这点应该是对“高钢规”的补充。但“抗规”公式81215-2的右侧fv没有除以节点域承载力抗震调整系数,而“高钢规”公式81319-2中的fv却明确了应该考虑抗震调整系数。个人认为“抗规”的公式应该考虑抗震调整系数,因为此公式的目的是验算节点域在强震作用下的屈服承载力,既然是在抗震设计的前提下就应该考虑抗震调整系数。

如果是设计多层钢框架,按高厚比和宽厚比确定梁柱截面后,一般都能满足(hb+hc)/90。在设计高层钢结构时,结构一般都有剪力墙或支撑等作为抗侧体系,节点域参与的耗能比较小,而且节点域四周的约束均较强,只要柱翼缘(闭口柱壁)不屈曲,节点域的剪切变形是稳定的,并且承载力不降低。所以在设计中采用“抗规”是较为保守的。

有关节点域破坏的研究是出自人们对美国北岭、日本阪神地震后,钢结构房屋损坏程度的思索。作为钢结构梁柱节点,首先要求在结构首次屈服之后,仍有较高的强度储备,可以继续承受荷载;其次,在弹塑性阶段承载力是稳定的,没有软化现象;另外,要求有很好的延性,具备很好的耗能能力。纵观各国规范近二十年的演进,节点域的厚度是关键,处理好节点域的厚度,才能使节点具有足够的强度和刚度,且具有良好的延性。从强度和刚度角度讲,节点域要厚一些,而从延性和耗能的角度讲,节点域要薄一些,这是一对矛盾,从各国规范中的系数016、017和0175的变化就能体会到规范编订者也在上述两点中进行取舍。

总之,1)梁柱节点域在周期荷载作用下,具有良好的变形能力。柱腹板越薄,节点域延性越好。2)在弹性阶段,节点域剪切变形(这是节点域的主要变形)很小,但在弹塑性阶段,节点域剪切变形明显增大。因此在大震作用下的高层建筑,不能忽略节点域剪切变形对层间位移角的影响。3)节点域上下加劲肋的设计非常重要,它是将梁翼缘中的轴力均匀传给节点域的基本保证。4)在满足侧移要求的前提下,取规范规定的厚度下限。

bill-shu:

一般手册给出的截面模量都是弹性模量,即在M作用下,截面的应力是中和轴为0,边缘最大,为三角形分布。定义截面模量的意义是方便计算应力和变形。当Mp为截面

(下转第96页)

钢结构　2007年第6期第22卷总第96期　

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品牌中国

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(上接第94页)

　　关于节点域的厚度是平时控制还是抗震时控制,个人认为:节点板域的厚度一般来说是受节点域的屈服承载力验算公式控制的,即“抗规”公式81215-2和“高钢规”的81319-2。因为节点域剪应力是由柱两侧梁的不平衡弯矩产生的。

力”)。这两个弯矩值仅与梁的截面性质和材料强度有关。计算时为两弯矩绝对值相加。虽然此公式前面有016或

017的折减系数,对中柱来说由于两侧弯矩和的数值较非抗

震时大很多,所以一般由此公式控制节点域的厚度。

关于话题中几个需要明确的问题:

1)当柱两侧梁高不等时,allan和bill-shu的观点是有

一般情况下,如果结构等跨、荷载分布均匀,无较大的水平荷载作用(如较大的风荷载),则柱两侧的梁端弯矩设计值(此

)基本上是大小相等方向相反的。这两个弯矩时为“设计值”

道理的,节点域的高度应取两侧梁较高的范围。

2)“抗规”公式81215-2右侧的fv应考虑抗震调整系

的共同作用对节点域不能产生剪应力,两侧弯矩直接通过柱在梁上下翼缘位置处的节点板平衡。此时的验算公式为“钢规”的71412条,但计算时两弯矩值要相减(针对上面的一般

情况)。此时边柱的节点域会较中柱更不利一些。

数0185。

3)建议多层建筑抗震设计时,中柱尽量选用稳定性更好的箱形截面柱。这样节点板域的厚度可以得到很好的控制。

4)在抗震设计时,中柱节点域的板一般来说是受节点域

在抗震设计的前提下,需要用节点域的屈服承载力验算公式,即“抗规”公式81215-2和“高钢规”公式81319-2。此时需要计算两侧梁的全塑性受弯承载力(此时为“承载

的屈服承载力验算公式控制的,即“抗规”公式81215-2和“高钢规”公式81319-2。

书　讯

预应力钢结构技术规程、现代预应力钢结构(修订版)出版

　　由中国计划出版社出版的《预应力钢结构技术规程》(CECS212∶2006)已于2006年12月出版。该规程由北京工业大学

主编,天津大学、清华大学、东南大学、航空工业设计研究院等单位参编,哈尔滨工业大学、浙江大学、同济大学、西安建筑科技大学、建筑标准设计研究院等单位参与审查,并于2007年1月在国内颁布。该规程全书共8章220条款,对当代广泛采用的预应力钢结构的技术基本原则、材料选用、承重结构体系、施工养护及结构构造设计等方面提出科学的建议与规定。

由陆赐麟、尹思明、刘锡良撰写,人民交通出版社出版的《现代预应力钢结构(修订版)》已于2007年1月出版。该书在我

(CECS212∶国首部《预应力钢结构技术规程》2006)颁布与实施的基础上,对2003年《现代预应力钢结构》进行补充完善,该

修订版新增加了“预应力钢结构的发展方向及前景”一节。

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