淺談鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅節(jié)點(diǎn)發(fā)展研究

　　1、引言

　　鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅是指由在工廠預(yù)制的鋼構(gòu)件作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，附加內(nèi)，外墻板，同現(xiàn)澆樓板在現(xiàn)場(chǎng)完成組裝的住宅結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅具有強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，工期短，抗震性能好，工業(yè)化程度高等明顯優(yōu)勢(shì)，是未來裝配式住宅的理想發(fā)展趨勢(shì)。與其他的裝配式結(jié)構(gòu)相同，節(jié)點(diǎn)連接都是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的部分，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震性能有至關(guān)重要的影響。

　　2、裝配式建筑的現(xiàn)狀

　　采用預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)裝配起來的住宅，無論從功能還是從性價(jià)比、舒適性，安全性上，都將優(yōu)于現(xiàn)在的鋼筋混凝土房屋。雖然目前我國(guó)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋的研究還在起步階段，水平要比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家落后很多。但是我們要轉(zhuǎn)變觀念，迎接新的挑戰(zhàn)，為未來的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，為人民群眾制造更美觀更舒適的裝配式住宅。

　　裝配式建筑施工具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

　　（1） 工程進(jìn)度快 ，比較現(xiàn)澆施工減少了混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間；

　?。?） 節(jié)約勞動(dòng)力成本，勞動(dòng)強(qiáng)度低，方便實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)；

　?。?） 預(yù)制的零件在工廠內(nèi)完成，各部門分工協(xié)作，能有效保證構(gòu)件質(zhì)量；

　　（4） 對(duì)環(huán)境污染小，減少了噪音污染，光污染，空氣污染，廢水，廢棄物的排放。

　?。?） 商業(yè)化性能高，可集中力量實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)。

　　3、重視鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的重要意義

　　實(shí)際震害表明，在強(qiáng)烈地震作用下，鋼結(jié)構(gòu)框架破壞除了梁柱節(jié)點(diǎn)破壞影響以外，還有很多其他的影響因素，比如支撐體系的破壞等，但其中破壞性最大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)框架體系影響最大的仍是框架的梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞。

　　GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 》闡明高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足強(qiáng)連接弱構(gòu)件的要求，節(jié)點(diǎn)的承載能力應(yīng)不小于構(gòu)件的承載力，否則節(jié)點(diǎn)會(huì)先于構(gòu)件發(fā)生破壞，塑性鉸也不會(huì)形成，為人民的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

　　4、梁柱節(jié)點(diǎn)的脆性破壞機(jī)理

　　發(fā)生脆性破壞的主要原因焊接產(chǎn)生的集中應(yīng)力作用。典型的脆性破壞方式為：梁自下翼緣與柱翼緣相交處焊縫出現(xiàn)脆性裂紋，隨著受力的不斷增加，裂紋不斷伸長(zhǎng)擴(kuò)展，最終出現(xiàn)不同的斷裂形式。相關(guān)文獻(xiàn)一共記錄了8種裂紋形式，其中共有7種形式的裂紋是發(fā)生在梁下部翼緣和柱相交處。證明了節(jié)點(diǎn)的脆性破壞主要區(qū)域是梁端。只有避免在梁端發(fā)生裂紋才能有效避免脆性破壞的發(fā)生。

　　5、梁端節(jié)點(diǎn)破壞的原因

　　存在于結(jié)構(gòu)焊接過程中的應(yīng)力集中問題。鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中受到很多因素的影響，如鋼材受到高溫沖擊韌性降低，焊縫缺陷產(chǎn)生應(yīng)力集中。受到地震作用力時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接節(jié)點(diǎn)處受到的應(yīng)力值較大且處于狀態(tài)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，此時(shí)焊接部位受到三向應(yīng)力作用，既節(jié)點(diǎn)處的焊縫截面就是整個(gè)框架最薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)鋼材受三向應(yīng)力作用時(shí)，材料的韌性會(huì)降低容易發(fā)生脆性破壞。另外，連接處的鋼材受到約束無法自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不能使該區(qū)域在形成塑性鉸，增大了局部所受的應(yīng)力，從而在焊縫缺陷處引發(fā)開裂。

　　6、加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的措施

　?。?）塑性鉸位置外移法； （2）改進(jìn)扇形切角構(gòu)造；（3）對(duì)梁翼緣焊縫襯板進(jìn)行缺口效應(yīng)處理； （4）將梁腹板焊接在柱上。（5）用高沖擊韌性的焊縫來替代；

　　目前常用的方法有加強(qiáng)梁端節(jié)點(diǎn)法，腹板開槽增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)法，梁端狗骨型節(jié)點(diǎn)法，這些辦法的共同點(diǎn)都是增大梁端有效受力截面面積，使梁兩端的承載力高于中間，受到外力作用時(shí)，梁端截面不會(huì)先于中間截面進(jìn)入全截面塑形變形。使得塑性鉸在梁端外移，使鋼結(jié)構(gòu)梁還能繼續(xù)吸收一部分能量，產(chǎn)生塑形變形，防止鋼結(jié)構(gòu)梁發(fā)生脆性斷裂破壞。

　　但是各種方案也存在許多缺點(diǎn)，例如加強(qiáng)梁端節(jié)點(diǎn)法增加了梁高，增加了梁截面失穩(wěn)的可能性，也由于增加了焊接面積，必須增加柱的腹板高度或節(jié)點(diǎn)處的腹板厚度，這就增加了連接處的剛度，對(duì)裝配結(jié)構(gòu)發(fā)揮耗能作用不利。而腹板開槽增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)法和狗骨型節(jié)點(diǎn)法的缺點(diǎn)在于狗骨型的部位雖然能使截面寬度發(fā)生變法，能在指定位置先形成塑性鉸防止鋼結(jié)構(gòu)梁端首先發(fā)生脆性破壞，但是梁的破壞荷載也將由被削弱的截面來決定，既梁的最小截面處，而其他較寬梁段的承載力不能被充分利用，造成材料上的浪費(fèi)，其次，由于在原來梁的高度前提下為了加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)而制造出的狗骨型缺口會(huì)使梁的設(shè)計(jì)高度降低，這就會(huì)影響梁的整個(gè)剛度和承載能力，從而降低整個(gè)框架的安全可靠性。而且在施工中，由于切割鋼結(jié)構(gòu)梁不當(dāng)會(huì)引起應(yīng)力集中，所以要求很高的工藝精度，這就使費(fèi)用和時(shí)間的消耗加倍。

　　7、結(jié)語

　　展望我國(guó)未來的幾十年的建筑發(fā)展趨勢(shì)，首要的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)依然是城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的住房建筑。在邁向新型裝配式結(jié)構(gòu)體系的道路上雖然只是剛剛開始，有許多的問題和困難等待解決，但展望未來，裝配式住宅是是符合住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向的。將會(huì)有更多的研究機(jī)構(gòu)參與，開發(fā)，和研究新的科研創(chuàng)新的項(xiàng)目、努力使裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅生產(chǎn)和施工體制日益趨于成熟，轉(zhuǎn)變?nèi)藗儗?duì)過去裝配式結(jié)果的觀念，推出更好更多的新型裝配式結(jié)構(gòu)體系，開發(fā)和生產(chǎn)適應(yīng)使用要求和環(huán)境需要的新型成套裝配式建筑。使建筑中所使用的建材和預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)集中化，大型化，從而推動(dòng)住宅產(chǎn)業(yè)化。