钢结构吊车梁与钢柱连接节点设计研究

第３５卷第１期　２０１７年３月　Ｖ０１．３５　ＮＯ．１　太原学院学报　Ｍａｒ．２Ｏ１７　钢结构吊车梁与钢柱连接节点设计研究　王学军　（山西建筑职业技术学院，山西太原０３０００６）　摘　要：文章通过对钢结构吊车梁与柱连接节点的重要性进行分析，得到各种情况下吊车梁　的各部位与钢柱的连接方式Ｚ２．作用，以提高钢结构的安全使用性及减小施工难度。　关键词：钢结构；钢粱；钢柱　中图分类号：ＴＵ３８　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９６—１９１Ｘ（２０１７）０１—００１１—０３　ＤＯＩ：１０．１４１５２／ｊ．ｃｎｋｉ．２０９６—１９１Ｘ．２０１７．０１．Ｏ【）４　引言　力；在构造设计时应复合计算时的假定；在施工时应　满足便于安装、制作简单的要求。　钢结构工业厂房作为我国目前工业建筑中使用　率最高的建筑之一，其具有施工速度快、跨度大、延性　１　吊车梁上翼缘与钢柱的连接节点设计　好等优点。钢结构作为装配式建筑中的一种，所使用　吊车梁的上翼缘与钢柱的连接中，钢柱承受吊　的构件多数为标准件，直接从工厂运输至施工场地内　车传递至吊车梁的横向水平力的支座反力。吊车梁　进行吊装安装即可。由于钢结构梁单位高度内可承　在设计时，为使施工方便，一般将其设计为简支；当　受的荷载较大，且组装完成后不易变形，因此钢结构　吊车梁荷载较小时，一般将其设计为铰支，且柱基的　适用于多数工业厂房中，或应用于大型体育馆等公共　不均匀沉降对吊车的影响较小。将吊车梁的上翼缘　建筑中。钢结构工业厂房中往往需配备吊车，因此增　与钢柱进行简支设计，可避免因吊车梁的挠曲变形　加了钢结构中钢柱的荷载，同时也对钢柱的稳定性要　较大而对节点产生相应的附加作用力，简支设计时，　求较高。吊车在吊车梁上往复运动，产生较大的动荷　一般的连接方式为钢板焊接；而当吊车梁所传递荷　载，动荷载通过吊车梁与钢柱的连接节点进行传递，　载较小或吊车梁产生的挠曲变形较小时，可将其设　再由连接节点传递至钢柱上，因此吊车梁与钢柱的连　计为铰支，节点板受竖向剪力及弯矩的共同作用，一　接节点是确保吊车梁平稳、正常、安全运行的基础。　般的连接方式为高强螺栓连接。　同时由于吊车梁的存在，也增加了钢结构厂房的纵向　１．１钢板焊接　刚度，起到柱间支撑的作用，纵向荷载也通过吊车梁　采用钢板焊接的节点，一般适用于大型吊车或　传递至节点再传递至钢柱上。因此，吊车梁与钢柱的　中型吊车梁中，使用这种方法进行连接可减小钢柱　连接节点在受力时不仅受到吊车的动荷载，同时还受　对吊车梁的纵向约束力，此时吊车梁所受荷载较大，　到如风荷载作用下的纵向水平作用力，在钢结构中起　更能满足简支假定的要求。将节电设计为钢板焊接　到承上启下的作用，是钢结构工程施工中的重点分项　节点时，节点板所能承受的横向水平作用力必须大　工程。吊车梁与钢柱的连接节点分别包括吊车梁上　于吊车梁端部所产生的横向水平作用力，节点板中　翼缘与钢柱的连接节点、吊车下翼缘与钢柱牛腿的连　所使用的销钉数量及直径，应根据节点板所受剪力　接节点和吊车梁腹板与钢柱的连接节点三部分。这　进行计算。一般所使用的销钉直径为３６—６０ｒａｍ，　三部分节点在水平承载力设计时共同承担吊车梁的　所使用的销钉数量应根据实际情况进行计算。设计　动荷载、风荷载及地震荷载等所产生的水平作用组合　时，应采用下式进行销钉承载力验算：Ｖ　…　一　收稿日期：２Ｏｌ７－０２—２６　作者简介：王学军（１９８１一），男，山西太原人，山西建筑职业技术学院讲师，硕士，研究方向：结构工程研究。　王学军：钢结构吊车梁与钢柱连接节点设计研究　第ｌ期　，ＶＨ…　一ｄ∑ｔ…ｂ。　‘士　进行焊接时，所使用的节点板钢板的材质应为　Ｑ３４５Ｂ级钢，为使销钉安装方便，节点板上预留销　钉孔直径应较销钉大Ｉｍｍ。对节点板进行验算时，　所使用的节点板面积应为开孔后节点板的净面积，　且对开孔间距进行确定，避免在节点板中产生应力　集中，从而导致在实际应用中，产生因局部受剪破坏　而造成节点板整体破坏，产生相应的安全事故，节点　板连接的示意图如图１所示。　图１节点板连接大样　１．２高强螺栓连接　使用高强螺栓进行连接时，适用于吊车梁挠曲　变形较小的吊车梁，即一般小型吊车，此时吊车荷载　较小，吊车梁在牛腿支座上的反力较小，吊车梁在牛　腿上的竖向变形也较小，因此可用高强螺栓直接进　行固定。使用高强螺栓固定后，吊车梁与钢柱的连　接则变成铰接，铰接时高强螺栓节点约束钢梁端部　的转动变形，当吊车梁在自重及吊车荷载的作用下，　在其端部产生弯矩，此时高强螺栓的节点板受吊车　梁的端部剪力及端部弯矩的共同作用。螺栓将所传　递的剪力及弯矩传递至节点板中，此时节点板与钢　柱及上翼缘的作用力最大，因此其焊接质量影响着　吊车梁的稳定性及安全使用性。对节点板的抗剪强　度进行计算时，应使用　一　＋　≤厂计算连　接板的强度，使用　＋　≤厂，　一　计算　，ｌ　ｙｙ　０￡　连接板的水平稳定性。高强螺栓连接时的节点板大　样如图２所示。　１　２一　厚度同吊车粱上翼缓　岛．　ｘ　—口Ｐ’　Ｌ　——＿＿　——　——ｄ一　律挂括厚度太千等于　按５１照（　２条设置钢规》　ｒＬ　　］二］　吊车粱上翼缘厚度的一毕　．Ｊ　　６　鞣　翼　ｌ　节Ｉ　｝２４　≥　；２ｄ　５０　２　≥　２　图２　高强螺栓节点极大样图　２　吊车梁下翼缘与钢柱的连接节点设计　对吊车梁下翼缘与钢柱进行连接时，当无下柱　支撑时，吊车梁既受吊车的竖向作用力，也承担柱问　支撑的构造作用；当有下柱支撑时，吊车梁同时还承　担上柱支撑传递的水平作用力。当钢结构建筑所受　风荷载较大时，吊车梁在钢柱间也承担风荷载作用　下的水平作用力，此时吊车梁的下翼缘与钢柱的连　接应采用横向传力连接方式。　当钢结构吊车梁下部无柱间支撑时，吊车梁与　钢柱的连接为构造连接，此时一般使用普通螺栓将　吊车梁下翼缘与钢柱进行有效连接。当长期受到吊　车的动荷载往复作用下，普通螺栓易受振动荷载而　产生松动或脱落现象，因此当吊车梁所受吊车荷载　较大或钢结构建筑内振动荷载作用较大时，应对螺　栓进行防松设置。当使用高强螺栓替代普通螺栓　时，上部柱问支撑的水平荷载将通过高强螺栓传递　至吊车梁下部钢柱，此时由于无下部柱问支撑，所以　进行验算时往往不能满足规范要求。因此在该情况　下，不宜使用高强螺栓进行连接。　当钢结构吊车梁下部设置柱间支撑时，吊车梁　下翼缘与钢柱的连接属于受力构件，此时一般使用　高强螺栓进行连接。所使用的高强螺栓直径多为　２０—２４ｍｍ，所使用的高强螺栓数量应根据上部柱问　支撑传递至下部钢柱的柱问支撑作用力而计算，计　算时同时考虑钢柱的偏心作用及填板等不利作用，　宜使用增大系数法进行计算。进行连接时，吊车梁　下翼缘和钢柱牛腿的连接间的垫板焊缝宽度不宜小　于８ｒａｍ。当钢结构建筑所处地理位置的地震烈度　较大时，且吊车的水平作用力和山墙的风荷载较大　第３５卷　大原学院学报　总第１２２期　时，焊缝的宽度应根据计算进行确定。此时使用高　强螺栓进行连接，计算时往往可以满足规范设计要　求，连接节点大样图如图３所示。安装时，为避免因　量。调整板的厚度应根据相邻吊车梁间的缝隙确　定，均匀布置在每道吊车梁间。　施工误差而导致孔位相错量较大，从而影响高强螺　栓的连接，一般在安装前可将吊车梁下翼缘连接板　与牛腿连接板的孑Ｌ位进行扩孑Ｌ，较原设计值增大３　—当吊车为大型吊车、吊车梁高度高于１．５ｍ时，　应在吊车梁间两端下部４０　范围内增加垂直隔板　与钢柱相连，增加吊车梁与钢柱的整体稳定性。　４ｒａｍ，便于施工。　４　结论　钢结构作为装配式结构中的一种，其所有构件　的连接均通过节点进行连接。而钢结构厂房中的动　荷载来自于吊车，吊车在吊车梁上往复运行，产生较　大的移动荷载，当相邻吊车梁问与钢柱的连接节点　设置的较为薄弱或不合理时，易在该节点处产生破　坏，从而产生严重的人员伤亡事故和经济损失。因　此，在对相邻吊车梁间与钢柱的连接进行设计时，不　仅要考虑吊车梁与钢柱的构造连接，同时也要考虑　两者的传力体系，将所有水平动荷载均匀分散至各　柱间支撑中，以减小对钢柱的损害。在对该节点进　行设计时，首先建立合理的受力模型，避免节点的受　圈３　吊车梁下翼缘与钢柱的连接大样图　力体系出现错误，从而影响后续设计及施工；其次对　３　相邻吊车梁腹板间与钢柱的连接节　节点处的构造措施进行相应的变形计算，避免安装　施工时由于误差较大而增加施工难度；最后对节点　点设计　进行优化设计，在满足相应构造措施及受力体系的　吊车在吊车梁上往复运动时，相邻吊车梁连接　要求下，将节点进行简化，降低施工难度。　点安装的误差大小及变形量对吊车的稳定性有较大　参考文献：　影响，因此为减小因吊车的振动荷载作用而导致相　Ｅ１３龚鹏．建筑钢结构节点主要分类及设计要点［ＪＪ．中国高　邻吊车梁的相对位移，相邻吊车梁之间应进行纵向　新技术企业，２０１５，（３５）：２２—２４．　构造连接措施，以便于将钢柱上部柱间支撑向下传　［２］冯乐，刘雪敏．钢结构节点问题的一点探讨［Ｊ］．工程经　递的纵向力及吊车的纵向动力或刹车力通过吊车梁　济，２０１５，（Ｏ２）：６４—６９．　传递至钢柱下部支撑。相邻吊车梁腹板下部４０　［３］童敏．轻钢结构节点设计实践研究Ｉ－Ｊ］．科技资讯，２０１４，　（２５）：７０．　范围内应采用普通螺栓进行连接，减小相邻吊车梁　［４］廖芳芳，王伟，陈以一．往复荷载下钢结构节点的超低周　间的端部转动变形的约束效应，确保下部范围内的　疲劳断裂预测ＥＪ－］．同济大学学报（自然科学版），２０１４，　节点连接为简支连接。相邻吊车梁间应安装调整　（Ｏ４）：５３９—５４６＋６１７．　板，以便于当吊车梁及钢柱长期受往复荷载作用后，　［ｓｌ沈国辉，孙炳楠，楼文娟，等．大型钢结构节点承载力的有限　钢梁或钢柱产生相应的变形，从而影响吊车运行质　元分析Ｄ］．土木建筑工程信息技术，２０１３，（Ｏ３）：３２－３６．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｃｒａｎｅ　Ｂｅａｍ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｌｕｍｎ　Ｊｏｉｎｔ　ＷＡＮＧ　Ｘｕｅｊｎｉｌ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ａｒｃ　ｚＰｃ￡“ｒ口Ｚ　Ｃｏｌｌｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００６。Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｒａｗｓ　ｓｏｍｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｎｅ　ｂｅａｍ　ｗｉｔｈ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａ—　ｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｃｒａｎｅ　ｂｅａｍ　ａｎｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｊｏｉｎｔｓ，ａｉｍｅｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｔｅｅ１　ｂｅａｍ；ｓｔｅｅｌ　ｃｏｌｕｍｎ　１　３—