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钢结构建筑的杆件和节点承载力

发布时间:2018-12-19 15:26:03 | 浏览次数：

一、直接焊接钢管结构中支管的轴心内力设计值不应超过由本规范第5章确定的杆件承载力设计值。支管的轴心内力设计值亦不应超过节点承载力设计值。
二、在节点处，支管沿周边与主管相焊，焊缝承载力应等于或大于节点承载力。
在管结构中，支管与主管的连接焊缝可视为全周角焊缝按本规范公司（7.1.3-1）进行计算，但取β_f=1。角焊缝的计算厚度沿支管周长是变化的，当支管轴心受力时，平均计算厚度可取0.7h_f。
1、在圆管结构中，取支管与主管相交线长度：
当d_i/d≤0.65时：
l_w=(3.25d_i-0.025d)(0.534/sinθ_i+0.466)
公式10.3.2-1
当d_i/d>0.65时：
l_w=(3.81d_i-0.389d)(0.534/sinθ_i+0.466)
公式10.3.2-2
式中 d、d_i——分别为主管和支管外径；
     Θ_i——支管轴线与主管轴线的夹角。
2、在矩形管结构中，支管与主管交线的计算长度应按下列规定计算：
对于有间隙的K形和N形节点：
当θ_i≥60°时：
L_w=2h_i/sinθ_i+b_i
公式10.3.2-3
当θ_i≤50°时：
L_w=2h_i/sinθ_i+2b_i
公式10.3.2-4
当50°<θ_i<60°时，l_w按插值法确定。
对于T、Y和X形节点（见图10.3.4）：
L_w=2h_i/sinθ_i
公式10.3.2-5
式中 hi、bi——分别为支管的截面高度和宽度。
当支管为圆管、主管为矩形管时，焊缝计算长度取为支管与主管的相交线长度减去d_i .
三、主管和支管均为圆管的直接焊接节点承载力应按下列规定计算，其适用范围为：0.2≤β≤1.0；d_i/t_i≤60; d/t≤100, θ≥30°，60°≤Φ≤120°（β为支管外径与主管外径之比；di、ti为支管的外径和壁厚；d、t为主管的外径和壁厚；θ为支管轴线与主管轴线之夹角；Φ为空间管节点支管的横向夹角，即支管轴线在主管横截面所在平面投影的夹角）。
为保证节点处主管的强度，支管的轴心力不得大于下列规定中的承载力设计值：
1、X形节点（图10.3.3a）：
（1）受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cx应按下式计算：
N^pj_cx=5.45/(1-0.81β)sinθ  *φ_nt²f
公式10.3.3-1
式中 φ_n——参数，φ_n=1-0.3*σ/f_y-0.3(σ/f_y)², 当节点两侧或一侧主管受拉时，则取φ_n=1。
F——主管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；
F_y——主管钢材的屈服强度；
σ ——节点两侧主管轴心压应力的较小绝对值。
（2）受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tx应按下式计算：
N^pj_tx=0.78（d/t）^0.2N^pj_cx
公式10.3.3-2
2、T形（或Y形）节点（图10.3.3b和c）：
（1）受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cT应按下式计算：
N^pj_cT=11.51/sinθ(d/t)^0.2φ_nφ_dt²f
公式10.3.3-3
式中 φ_d——参数；当β≤0.7时，φ_d=0.069+0.93β；当β>0.7时，φ_d=2β-0.68。
（2）受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tT应按下式计算：
当β≤0.6时：
N^pj_tT=1.4N^pj_cT
公式10.3.3-4
当β>0.6时：
N^pj_tT=(2-β)N^pj_cT
公式10.3.3-5
3、K形节点（图10.3.3d）:
（1）受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cK应按下式计算：
N^pj_cK =11.51/sinθ_c*(d/t)^0.2φ_nφ_dφ_at²f
公式10.3.3-6
式中 θ_c——受压支管轴线与主管轴线之夹角；
     Φ_a——参数，按下式计算：
Φ_a=1+2.19/(1+7.5a/d)*(1-20.1/(6.6+d/t))*(1-0.77β)
公式10.3.3-7
a ——两支管间的间隙；当a<0时，取a=0。
（2）受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tk应按下式计算：
N^pj_tk=sinθ_c/sinθ_t*N^pj_ck
公式10.3.3-8
式中 θ_t——受拉支管轴线与主管轴线之夹角。

图10.3.3 圆管结构的节点形式

4、TT形节点（图10.3.3e）:
(1) 受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cTT应按下式计算：
N^pj_cTT=φ_gN^pj_cT
公式10.3.3-9
式中 φg=1.28-0.64g/d≤1.1，g为两支管的横向间距。
（2）受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tTT应按下式计算：
N^pj_tTT=N^pj_tT
公式10.3.3-10
5、KK形节点（图10.3.3f）：
受压或受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cKK或N^pj_tKK应等于K形节点相应支管承载力设计值N^pj_cK或N^pj_tK的0.9倍。
四、矩形管直接焊接节点（图10.3.4）的承载力应按下列规定计算，其适用范围如表10.3.4所示。

图10.3.4 矩形管直接焊接平面管节点

表10.3.4 矩形管节点几何参数的适用范围

注：1标注*处当a/b>1.5(1-β)，则按T形或Y形节点计算。
2 b_i、h_i、t_i分别为第i个矩形支管的截面宽度、高度和壁厚；
d_i、t_i分别为第i个圆支管的外径和壁厚；
b 、h、t、分别为矩形主管的截面宽度、高度和壁厚；
a 为支管间的间隙，见图10.3.4；
O_v为搭接率，见第10.2.3条；
β为参数；对T、Y、X形节点，β =b_i/b 或d_i/b ；对K、N形节点，β=（b₁+b₂+h₁+h₂）/4b或β=（d₁+d₂）/2b；
f_yi为第i个支管钢材的屈服强度。
为保证节点处矩形主管的强度，支管的轴心力N_i和主管的轴心力N不得大于下列规定的节点承载力设计值：
1 支管为矩形管的T、Y和X形节点（图10.3.4a、b）：
（1）当β≤0.85时，支管在节点处的承载力设计值N^pj_i应按下式计算：
N^pj_i=1.8（h_i/bcsinθ_i+2）* t²f/csinθ_i *φ_n c=(1-β)^0.5
公式10.3.4-1
式中 φ_n——参数；当主管受压时，φ_n=1.0-0.25/β *σ/f ；当主管受拉时，φ_n=1.0；
σ——节点两侧主管轴心压应力的较大绝对值。
（2）当β=1.0时，支管在节点处的承载力设计值N^pj_i应按下式计算：
N^pj_i=2.0（h_i/sinθ_i+5t）tf_k/sinθ_i*φ_n
公式10.3.4-2
当为X形节点，θ_i<90°且h≥h_i/cosθ_i时，尚应按下式验算：
N^pj_i=2htf_v/sinθ_i
公式10.3.4-3
式中 f_k——主管强度设计值；当支管受拉时，f_k=f；当支管受压时，对T、Y形节点，f_k=0.8φf；对X形节点，f_k=（0.65sinθ_i）φf；φ为按长细比λ=1.73（h/t-2）(1/sinθ_i)^0.5 确定的轴心受压构件的稳定系数；
f_v——主管钢材的抗剪强度设计值。
（3）当0.85<β<1.0时，支管在节点处承载力的设计值应按公式（10.3.4-1）与（10.3.4-2）或公式（10.3.4-3）所得的值，根据β进行线性插值。此外，还不应超过下列二式的计算值：
N^pj_i=2.0(h_i-2t_i+b_e)t_if_i
B_e=10/(b/t)*(f_yt/f_yit_i)*b_i≤b_i
公式10.3.4-4
当0.85≤β≤1-2t/b时：
N^pj_i=2.0（h_i/sinθ_i+b_ep）tf_v/sinθ_i
B_ep=10/(b/t)*b_i≤b_i
公式10.3.4-5
式中 h_i 、t_i、f_i——分别为支管的截面高度、壁厚以及抗拉（抗压和抗弯）强度设计值。
2、支管为矩形管的有间隙的K形和N形节点（图10.3.4c）：
（1）节点处在一支管的承载力设计值应取下列各式的较小值：
N^pj_i=1.42((b₁+b₂+h₁+h₂)/bsinθ_i)(b/t)^0.5t²fφ_n
公式10.3.4-6
N^pj_i=A_vf_v/sinθ_i
公式10.3.4-7
N^pj_i=2.0(h_i-2t_i+(b_i+b_e)/2)t_if_i
公式10.3.4-8
当β≤1-2t/b时，尚应小于：
N^pj_i=2.0(h_i/sinθ_i+(b_i+b_ep)/2)tf_v/sinθ_i
公式10.3.4-9
式中 Av——弦杆的受剪面积，按下列公式计算：
Av=（2h+αb）t
公式10.3.4-10
α=√3t²/(3t²+4a²)
公式10.3.4-11
(2) 节点间隙处的弦杆轴心受力承载力设计值为：
N^pj=(A-α_vA_v)f
公式10.3.4-12
式中 α_v——考虑剪力对弦杆轴心承载力的影响系数，按下式计算：
α_v=1- √1-（V/V_P）2
V_P=A_vf_v
公式10.3.4-13
V——节点间隙处弦杆所受的剪力，可按任一支管的竖向分力计算。
3、支管为矩形管的搭接的K形和N形节点（图10.3.4d）：搭接支管的承载力设计值应根据不同的搭接率O_v按下列公式计算（下标j表示被搭接的支管）：
（1）当25%≤O_v<50%时：
N^pj_i=2.0[(h_i-2t_i)*(O_v/0.5)+(b_e+b_ej)/2]t_if_i
b_ej=10/(b_j/t_j)*(t_jf_yj/t_if_yi)b_i≤b_i
公式10.3.4-14
（2）当50%≤O_v<80%时：
N^pj_i=2.0（h_i-2t_i+(b_e+b_ej)/2）t_if_i
公式10.3.4-15
（3）当80%≤O_v<100%时：
N^pj_i=2.0（h_i-2t_i+(b_e+b_ej)/2）t_if_i
公式10.3.4-16
被搭接支管的承载力应满足下式要求：
N^pj_j/A_jf_yj≤N^pj_i/A_if_yi
公式10.3.4-17
4、支管为圆管的各种形式的节点：
当支管为圆管时，上述各节点承载力的计算公式扔可使用，但需用di取代bi和hi，并将各式右侧乘以系数π/4，同时应将式（10.3.4-10）中的α值取为零。

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