浅谈钢结构装配式住宅节点发展研究

　　1、引言

　　钢结构装配式住宅是指由在工厂预制的钢构件作为基础结构构件，附加内，外墙板，同现浇楼板在现场完成组装的住宅结构。钢结构装配式住宅具有强度高，质量轻，工期短，抗震性能好，工业化程度高等明显优势，是未来装配式住宅的理想发展趋势。与其他的装配式结构相同，节点连接都是设计中至关重要的部分，节点设计对装配式钢结构住宅的抗震性能有至关重要的影响。

　　2、装配式建筑的现状

　　采用预制钢结构装配起来的住宅，无论从功能还是从性价比、舒适性，安全性上，都将优于现在的钢筋混凝土房屋。虽然目前我国对钢结构房屋的研究还在起步阶段，水平要比工业发达国家落后很多。但是我们要转变观念，迎接新的挑战，为未来的钢结构发展奠定良好的基础，为人民群众制造更美观更舒适的装配式住宅。

　　装配式建筑施工具有以下明显优点：

　　（1） 工程进度快 ，比较现浇施工减少了混凝土的养护时间；

　　（2） 节约劳动力成本，劳动强度低，方便实现机械化生产；

　　（3） 预制的零件在工厂内完成，各部门分工协作，能有效保证构件质量；

　　（4） 对环境污染小，减少了噪音污染，光污染，空气污染，废水，废弃物的排放。

　　（5） 商业化性能高，可集中力量实现大规模批量生产。

　　3、重视钢结构构件节点强度的重要意义

　　实际震害表明，在强烈地震作用下，钢结构框架破坏除了梁柱节点破坏影响以外，还有很多其他的影响因素，比如支撑体系的破坏等，但其中破坏性最大，对钢结构框架体系影响最大的仍是框架的梁柱节点的破坏。

　　GB 50011—2010《建筑抗震设计规范 》阐明高层钢结构连接节点应满足强连接弱构件的要求，节点的承载能力应不小于构件的承载力，否则节点会先于构件发生破坏，塑性铰也不会形成，为人民的生命财产构成了严重威胁。

　　4、梁柱节点的脆性破坏机理

　　发生脆性破坏的主要原因焊接产生的集中应力作用。典型的脆性破坏方式为：梁自下翼缘与柱翼缘相交处焊缝出现脆性裂纹，随着受力的不断增加，裂纹不断伸长扩展，最终出现不同的断裂形式。相关文献一共记录了8种裂纹形式，其中共有7种形式的裂纹是发生在梁下部翼缘和柱相交处。证明了节点的脆性破坏主要区域是梁端。只有避免在梁端发生裂纹才能有效避免脆性破坏的发生。

　　5、梁端节点破坏的原因

　　存在于结构焊接过程中的应力集中问题。钢结构在焊接过程中受到很多因素的影响，如钢材受到高温冲击韧性降低，焊缝缺陷产生应力集中。受到地震作用力时，钢结构梁柱连接节点处受到的应力值较大且处于状态复杂应力状态下，此时焊接部位受到三向应力作用，既节点处的焊缝截面就是整个框架最薄弱环节。当钢材受三向应力作用时，材料的韧性会降低容易发生脆性破坏。另外，连接处的钢材受到约束无法自由转动，不能使该区域在形成塑性铰，增大了局部所受的应力，从而在焊缝缺陷处引发开裂。

　　6、加强节点强度的措施

　　（1）塑性铰位置外移法； （2）改进扇形切角构造；（3）对梁翼缘焊缝衬板进行缺口效应处理； （4）将梁腹板焊接在柱上。（5）用高冲击韧性的焊缝来替代；

　　目前常用的方法有加强梁端节点法，腹板开槽增强节点法，梁端狗骨型节点法，这些办法的共同点都是增大梁端有效受力截面面积，使梁两端的承载力高于中间，受到外力作用时，梁端截面不会先于中间截面进入全截面塑形变形。使得塑性铰在梁端外移，使钢结构梁还能继续吸收一部分能量，产生塑形变形，防止钢结构梁发生脆性断裂破坏。

　　但是各种方案也存在许多缺点，例如加强梁端节点法增加了梁高，增加了梁截面失稳的可能性，也由于增加了焊接面积，必须增加柱的腹板高度或节点处的腹板厚度，这就增加了连接处的刚度，对装配结构发挥耗能作用不利。而腹板开槽增强节点法和狗骨型节点法的缺点在于狗骨型的部位虽然能使截面宽度发生变法，能在指定位置先形成塑性铰防止钢结构梁端首先发生脆性破坏，但是梁的破坏荷载也将由被削弱的截面来决定，既梁的最小截面处，而其他较宽梁段的承载力不能被充分利用，造成材料上的浪费，其次，由于在原来梁的高度前提下为了加强钢结构节点而制造出的狗骨型缺口会使梁的设计高度降低，这就会影响梁的整个刚度和承载能力，从而降低整个框架的安全可靠性。而且在施工中，由于切割钢结构梁不当会引起应力集中，所以要求很高的工艺精度，这就使费用和时间的消耗加倍。

　　7、结语

　　展望我国未来的几十年的建筑发展趋势，首要的驱动点依然是城市和乡镇的住房建筑。在迈向新型装配式结构体系的道路上虽然只是刚刚开始，有许多的问题和困难等待解决，但展望未来，装配式住宅是是符合住宅产业化发展的方向的。将会有更多的研究机构参与，开发，和研究新的科研创新的项目、努力使装配式钢结构住宅生产和施工体制日益趋于成熟，转变人们对过去装配式结果的观念，推出更好更多的新型装配式结构体系，开发和生产适应使用要求和环境需要的新型成套装配式建筑。使建筑中所使用的建材和预制构件生产集中化，大型化，从而推动住宅产业化。