关于钢结构主厂房连接节点优化设计探究

【摘要】随着各项技术的快速发展，很多厂房在建设过程中都应用钢结构作为建筑的主体结构，而在整个钢结构的设计过程中，最重要的设计内容是连接节点的设计，在钢结构连接节点的设计过程中，保证设计的合理性，对于厂房的建设经济效益及运行质量都有着非常重要的影响，本文就结合某厂房钢结构设计的实例，对其主厂房的结构进行简单分析，并结合连接节点的设计原则，对其各连接节点的设计进行简单分析。

【关键词】钢结构；主厂房连接节点；优化设计；探究

在一些大型厂房的建造过程中，钢结构由于具有综合经济效益高、污染小、施工周期短等优点，在厂房的建设过程中具有非常广泛的应用，在整个钢结构厂房的设计、建设过程中，对其连接节点进行科学、合理的设计非常的重要，这会对整个厂房的建造质量具有非常重要的影响，同时与整个工程的经济效益有直接的关系，在钢结构主厂房的连接节点的设计过程中，需要考虑各方面的影响因素，如：构件的拼装节点、分段的确定、现场安装能力、构件的包装、构件的运输、工厂的制作能力等各方面的因素，只有对这些因素进行综合的考虑，才能在施工的过程中，对相关的制作、运输、安装工作进行合理的规划。

1 工程实例中的厂房结构分析

本次研究中，将某电厂的厂房建造工程作为工程实例来进行分析研究，首先对该厂房的结构进行简单分析，煤仓间、除氧间、汽机房是其主厂房最主要的组成部分，其煤仓间的全长为218.4米，在其中含有22根纵向的轴线，其除氧间的的全长值为202.4米，其中含有21根纵向的轴线，其主厂房的总跨度值为57.5米，横向的设有四排房柱，其房柱之间的间距值分别为10米、11米以及34米，主厂房中的汽机房的跨度值为34米，设计过程中，将其行车轨道的顶标高值设为30.95米，其运转层的平台标高值为17.2米，梁及钢柱是其平台的主要组成部分，屋面梁、钢支撑、钢屋架等共同组成了其汽机屋面，其除氧间中的跨度值为10米，一共具有五层，主要是3～10轴及14～21轴。煤仓间的跨度值为14米，一共分为5层结构，厂房中的1号机组是分布于3号至9号轴之间，而2号机组是分布于14号轴与20号轴之间，在这之间还设置有六只煤斗，为了保证厂房的稳定性，在其10号与13号轴之间，C与D之间的轴线上设置有跨集控楼的钢衔架。

在煤仓间的相关设计中，为了保证连接的可靠性，其所有的纵横向的框架连接节点的连接方式选择过程中，都采用的是全刚性的连接，而在A排、B排的纵向框架连接节点的设计过程中，应用的是铰接连接，在汽机运转层平台的纵横向框架的设计过程中，其连接节点采用的是刚性连接的连接方式，在整体上的，楼层与框架梁、楼层梁之间的连接设计时，大多采用的是铰接连接。在煤仓的钢支撑设计过程中，主要应用的是箱型截面法兰连接，支撑节点、主次梁连接节点、梁柱连接节点、钢柱对接节点、柱底节点是钢结构主厂房连接节点优化设计过程中涉及到的主要的节点设计。

2 连接节点的优化设计原则

在开展节点设计的工作中，坚持基本的设计原则，对于保证设计的合理性具有非常重要的作用，如在支撑节点的设计工作中，即便是具有较小的支撑杆件内力，在开展连接设计的过程中，其承载力的值也应该是支撑杆件的2倍；在进行梁柱铰接节点的设计时，不管梁剪力的值有多小，在连接设计的过程中，其承载力的值应该是梁腹板净截面面积抗剪承载力设计值的2倍，按照拉压对其轴力N进行分析；在梁柱刚性节点的设计过程中，节点的设计需要充分的考虑梁截面抗剪及抗弯承载力，并且在设计的过程中，一项非常重要的工作就是要加强相关节点的抗震处理，在整个设计过程中，轴力的取值应该严格的按照相关的钢结构的设计规范来进行，这样才能保证整个设计工作的科学、合理性。

3 钢结构主厂房连接节点的优化设计

3.1 箱型支撑节点的优化设计

从上文中的主厂房钢结构分析中可知，本次研究中的煤仓间的钢支撑结构大多采用的是箱型截面法兰连接方式，在工程施工的过程中，应用法兰连接进行节点的连接，其中的垂直箱型支撑法兰的安装是具有较大难度的，这主要是因为在安装的过程中，法兰的斜度及弯度很难依据设计要求来进行控制，并且在整个安装过程中，想要对相关的安装数据进行调控是具有较大难度，本次研究中选择的工程实例，在施工的过程中，要求在法兰的盘间预留出两厘米的安装间隙，以便于施工的过程中对箱型支撑的安装进行调整，或者是加垫板，另外，在进行支撑的制作时，为了保证设计、制作尺寸的精准，在CAD制图软件中完成制图之后，需要应用1:1的比例，来对其进行实体放样，并且要确保每两个法兰盘对接面的光滑，在制作的过程中，要保证安装孔眼的偏差值能够保持一致，所以在制作的过程中，需要相关法兰板进行组对的制作。

3.2 主次梁铰接节点的优化设计

在主厂房钢结构的连接节点的设计过程中，铰接连接是其应用最多的连接方式，在钢结构节点设计的初期，要对主次梁连接节点的连接方式进行合理的选择，对各种连接方式的优缺点进行综合的考虑，通过全面的比较分析之后，确定出合理的连接方式，对于保证连接节点的连接性能是非常必要的。

3.3 梁柱连接节点的优化设计

在厂房中的煤仓的煤斗大梁工作的过程中，其承载的煤斗的重量值非常的大，达600吨之多，本次研究实例中，对其采用了箱型截面的形式，在其设计中应用到的钢板的厚度值为45毫米，其截面尺寸的值也是非常的大的，达1800×500，在整个厂房的设计过程中，其用到的最大的钢梁就是煤斗大梁，在施工的过程中，采用全刚性的连接，保证其与钢柱之间的有效连接，由于该节点在工作的过程中，受力非常的复杂，在该节点的设计过程中，对其进行合理的处理显得非常的重要，在计算的过程中，腹板的连接是高强度螺栓，而翼板的连接是应用焊接的形式，为了保证焊接的有效性，其焊缝的等级应该能够达到一级，并且焊缝是全溶透坡口焊缝，为了有效的增加节点处的抗弯矩能力，可以考虑将焊接面积适当的增大，为了方便工程安装，上下翼板的安装采用现场安装的形式。

在梁柱的刚接节点的安装过程中，应用的是柱带悬臂短梁牛腿，在安装的过程中，钢梁与牛腿短梁之间的连接应用的是等强拼接的连接方式，梁牛腿翼缘钢柱的连接在实际的安装过程中应用的是完全溶透的坡口焊接，而将角焊缝连接应用于腹板的连接中，为了保证焊缝具有良好的抗震性能，如果钢板的厚度值超过32毫米，需要对其进行焊前的预热，为了消除焊接之后的残余应力，焊接完成之后，应该使其进行缓冷，柱带悬臂短梁的焊接都在工厂中完成，这能够有效的减少现场施工中的工作量，并且能够有效的提升焊接质量。

适当的放大牛腿翼板端部的尺寸值，对于梁柱连接节点的抗弯能力的提升具有积极的作用，但是采取这种的措施之后，会在一定程度上对施工周期造成影响，在实际的应用中，为了提升翼缘板的抗弯性能，通常会在牛腿翼板的端部增设一块楔形的钢盖板，这样既能提升节点的抗弯性能，又不对施工进度造成影响，同时还能够有效的节省原材料的使用量，这对于工程的施工是非常必要的。

3.4 钢柱的分段及接头设计

由于本次研究中，选取的研究实例是电厂的大型厂房的建设，在其主厂房的建设过程中，所用到的钢柱大多是一些超长件，这对于构件的制作、运输以及安装工作带来了较大难度，为了保证工程施工中的构件的供应及使用，在实际的操作过程中，通常需要对相关的超长钢柱进行分段处理，具体的分段长度，需要根据现场的安装条件、运输状况、工厂的制作等条件来确定，在实际的应用过程中，为了保证生产、运输及安装的便利性，一般选择钢柱的长度值小于20米，并且在钢柱的安装方案确定中，为了保证其连接的方便、可靠性，会将高强螺栓连接应用于H型钢柱的连接中，而对于施工过程中应用到的箱型柱，一般会在将其运至施工现场之后，再开始进行焊接工作，为了保证钢柱在安装的过程中能够保持良好的垂直度，并且能够在使用的过程中具有较好的受力性能，在进行分段的钢柱的拼接时，需要对其的拼接节点进行断头铣平，并且在计算的过程中要能够保证其接触面具有百分之七十五的顶紧。

在对钢柱的节点处的螺栓进行计算时，将其腹板与连接柱翼缘的截面面积所具有的分担作用处于拼接点中的轴心压力的值表示为N，其柱翼缘需要同时的承担绕强轴的弯矩及轴心压力值NF，腹板在工作的过程中需要承受的压力值有：全部的剪力V以及轴心压力值NW，在钢柱的节点螺栓的计算过程中，需要用到以上的分析值。在国家有关的标准中，对Q345钢材的抗滑移系数值进行了明确的规定，要求是在经过喷砂处理之后的摩擦面的抗滑移系数的取值应该为0.5，但是在实际的操作过程中，如果只对相关的钢材进行一次喷砂处理，其摩擦面的抗滑移系数的值是很难达到上述标准的，但是如果为了满足这一标准，对钢材进行多次的喷砂处理，就会对生产进度产生严重的影响，为了在保证节点处强度的前提下，保证施工周期，一般在实际的生产过程中，取0.45为其摩擦面的抗滑移系数。

4 结束语

由于钢结构具有一系列的优点，在很多大型的厂房中都应用到了钢结构，而钢结构的连接节点是钢结构主厂房设计、施工过程中的要点，本文就结合某电厂厂房的节点设计优化实例，对钢结构主厂房的节点优化设计进行了简单分析，对于钢结构主厂房的节点优化设计具有一定的参考作用。

参考文献：

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