第四章 多层框架结构 4.6 钢框架构件及节点设计

一、 框架梁、柱设计要求

• 框架梁设计：当多层框架采用混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴力影响，按受弯构件设计。
  • 验算内容：承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算，以及正常使用极限状态的挠度验算。
• 框架柱设计：按压弯构件设计。
  • 验算内容：承载能力极限状态的强度计算、整体稳定计算和局部稳定计算。
• 框架柱计算长度系数（$\mu$）确定：
  • 二阶弹性分析方法：在每层柱节点加上假想水平力时，计算长度系数 $\mu$ 取 1.0。
  • 一阶弹性分析方法：
    • 强支撑框架：按无侧移框架查附表确定。
    • 纯框架：按有侧移框架查附表确定。
    • 弱支撑框架：根据有侧移和无侧移框架柱的轴压杆稳定系数（$\varphi_1, \varphi_0$）及框架刚度参数通过公式计算确定稳定系数 $\varphi$。

二、 梁与柱的刚性连接设计

刚性连接要求梁翼缘及腹板均与柱可靠连接，连接部位需进行承载力计算。

1. 连接部位承载力计算方法对比表

2. 柱水平加劲肋（隔板）的设置与验算

• 未设加劲肋的破坏特征：柱腹板在受压翼缘作用下屈服或局部失稳；柱翼缘在受拉翼缘作用下弯曲或焊缝拉开。
• 验算与设置条件：当柱腹板厚度 $t_{cw}$（受压区）和柱翼缘厚度 $t_{cf}$（受拉区）不满足规范公式（公式 4.3.9b, 4.3.9c）时，必须在梁翼缘对应位置设置柱水平加劲肋。
• 构造要求：加劲肋间距不应小于 $150\text{mm}$，且不应小于水平加劲肋的宽度。若垂直方向梁高不等或两相交方向梁高不等，应分别设置加劲肋。

三、 节点域计算（Panel Zone）

柱翼缘和水平加劲肋所包围的柱腹板区域称为节点域。

• 抗剪强度验算：
  $\tau = \frac{M_{b1} + M_{b2}}{V_P} \le \frac{4}{3} f_v$
  • 其中，节点域体积 $V_P = h_{bf} h_{cf} t_{cw}$（如果不满足，可将柱腹板在节点域局部加厚或贴焊补强板）。
• 局部稳定验算：
  $t_{cw} \ge \frac{h_{bf} + h_{cf}}{90}$
  (如果不满足，需调整厚度以防止节点域腹板发生局部剪切失稳)。

四、 拼接连接设计

1. 柱与柱的拼接

• 等强度设计法：按被连接柱翼缘和腹板的净截面面积等强条件进行拼接设计。
• 实用设计法：
  • 柱翼缘：同时承受分担的轴向压力 $N_f$ 和绕强轴的全部弯矩 $M$。
  • 柱腹板：同时承受分担的轴向压力 $N_w$ 和全部剪力 $V$。

2. 梁与梁的拼接

• 接头形式：有三种（全焊透焊缝连接；翼缘焊接/腹板螺栓连接；全高强螺栓连接）。
• 计算方法：与梁柱节点类似，同样分为精确法和近似法。

💡 问题

在梁柱连接的“近似法”中，为什么能够假定弯矩完全由翼缘承担，而剪力完全由腹板承担？这背后对应了工字形截面梁怎样的受力力学特征？