最近,我國(guó)《門式剛架輕型房屋技術(shù)規(guī)程》CECS102的主要編制人,德高望眾的陳紹蕃教授,以93歲高齡不辭辛勞,提出了題為《把輕型門式剛架梁柱連接設(shè)計(jì)成剛節(jié)點(diǎn)》的重要論文,指出《規(guī)程》存在的重大缺陷——沒(méi)有明確說(shuō)明做成剛節(jié)點(diǎn)的重要性和必要性,相關(guān)規(guī)定也不夠完整,以致一些設(shè)計(jì)的門式剛架,梁柱連接達(dá)不到剛性節(jié)點(diǎn)要求,影響到結(jié)構(gòu)性能。
論文指出,這種連接通常被看成是半剛性連接。用于多層框架時(shí),認(rèn)為半剛性連接可以調(diào)節(jié)梁端和跨中的彎矩,使達(dá)到大體相等以節(jié)約材料。這種連接被認(rèn)為具有很好的轉(zhuǎn)動(dòng)能力,有利于框架的抗震性能。如果設(shè)計(jì)得當(dāng),螺栓端板連接也可以做成剛節(jié)點(diǎn)。《規(guī)程》就是這樣對(duì)待梁和柱的連接的。作者語(yǔ)重心長(zhǎng)地指出:“如果梁柱連接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和理想剛節(jié)點(diǎn)相去較遠(yuǎn),而仍然按理想剛架分析內(nèi)力,并按《規(guī)程》的條文確定柱計(jì)算長(zhǎng)度,將導(dǎo)致門式剛架的可靠度不足,甚至?xí)劤墒鹿?rdquo;。以上評(píng)述確切、中肯、及時(shí),此前沒(méi)有任何人指出,使我們深受教益,值得編制組成員深思,對(duì)廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也是一次難得學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。
論文指出,半剛性連接不僅使框架的位移增大,還使其承載力下降。輕型門式剛架自重和屋面荷載都很輕,地震作用很小,不需要耗能能力強(qiáng)的半剛性連接。振動(dòng)臺(tái)模型擬靜力試驗(yàn)表明,結(jié)構(gòu)在8度和9度多遇地震下仍基本處于彈性階段,且承載力有較大儲(chǔ)備。容許輕型門式剛架的連接剛度不足是不適當(dāng)?shù)?,把輕型門式剛架設(shè)計(jì)成剛節(jié)點(diǎn)十分必要。
論文對(duì)已往的一些研究工作和現(xiàn)狀作了綜述,提出一些令人感興趣的事實(shí)。端板的厚度是根據(jù)構(gòu)件和加勁肋支承的板區(qū)按螺栓拉力作用下的強(qiáng)度計(jì)算得出的,沒(méi)有考慮剛度要求。當(dāng)端板的外伸部分增設(shè)三角形豎向加勁肋后,端板厚度顯著減小,從而可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)剛度不足。有一項(xiàng)試驗(yàn)研究完成了兩個(gè)門式剛架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn),一個(gè)是端板斜放的梁柱連接節(jié)點(diǎn),另一個(gè)是屋脊處梁拼接節(jié)點(diǎn)。前者沒(méi)有達(dá)到剛節(jié)點(diǎn)的要求,而且相差頗多,端板厚度14mm,小于螺栓直徑(16mm),估計(jì)端板厚度偏小是主要原因。另一項(xiàng)試驗(yàn)研究完成了7個(gè)外伸式端板的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn),模擬多層框架的邊柱節(jié)點(diǎn),結(jié)論是都屬半剛性連接;梁和柱之間的相對(duì)角變位大部分由節(jié)點(diǎn)域剪切變形引起。用有限元分析螺栓端板連接的性能的研究也不少。有一項(xiàng)分析研究得出,受拉翼緣處的端板間縫隙最大達(dá)到0.7mm, 主要因?yàn)槎税逯胁课丛O(shè)置螺栓,在翼緣拉力作用下端板變形。有一項(xiàng)研究分析了三種不同跨度、兩種不同柱腳的門式剛架,得出的結(jié)論是:在節(jié)點(diǎn)域設(shè)置斜加勁肋,可以作為剛性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。另一項(xiàng)分析研究提出,節(jié)點(diǎn)域斜加勁肋十分必要,建議作為必要的構(gòu)造措施來(lái)對(duì)待,而不是按《規(guī)程》規(guī)定的“不滿足剪切強(qiáng)度要求時(shí)設(shè)置”。還有一項(xiàng)研究雖然說(shuō)“外伸式端板經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì),可以達(dá)到剛性節(jié)點(diǎn)的要求”,但并未指出合理的設(shè)計(jì)方法。
陳老師用一系列事實(shí)說(shuō)明,按《規(guī)程》設(shè)計(jì)的輕型門式剛架設(shè)計(jì)達(dá)不到剛節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。我們過(guò)去強(qiáng)調(diào)端板連接的半剛性連接和它調(diào)節(jié)彎矩和耗能能力的性能,認(rèn)為內(nèi)力小時(shí)是剛接,內(nèi)力大時(shí)是半剛接。在MBMA低層房屋手冊(cè)的歷次版本中,強(qiáng)調(diào)了這種結(jié)構(gòu)的實(shí)際位移比計(jì)算值小很多,也使我們認(rèn)為端板連接剛度是不成問(wèn)題的;按MBMA提供的梁柱連接標(biāo)準(zhǔn)形式去設(shè)計(jì),看重面板的蒙皮效應(yīng),忽視了框架本身的剛度要求,沒(méi)有想到對(duì)節(jié)點(diǎn)剛性會(huì)存在什么問(wèn)題。中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)院原總工李和邦幾年前曾對(duì)門式剛架的柱頂節(jié)點(diǎn)剛度提出疑問(wèn),對(duì)《規(guī)程》節(jié)點(diǎn)域承載力驗(yàn)算公式是否足以保證節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度表示懷疑,他直觀感到它承擔(dān)不了剛架的彎矩,會(huì)同遼寧省建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)曹英一道,立了課題,作了模型試驗(yàn)。但他們?nèi)猿謴?qiáng)度觀點(diǎn),沒(méi)有意識(shí)到剛架節(jié)點(diǎn)還有剛度要求,也提不出任何剛度準(zhǔn)則。我們當(dāng)時(shí)提出,當(dāng)節(jié)點(diǎn)域承載力不足時(shí)可以設(shè)置斜斜加勁肋,問(wèn)題也就不了了之。《規(guī)程》的節(jié)點(diǎn)域采用了類似高鋼規(guī)程中的強(qiáng)度計(jì)算公式,門式剛架柱腹板一般較薄,節(jié)點(diǎn)域因而也很薄,提出疑問(wèn)是很自然的。高鋼規(guī)程對(duì)節(jié)點(diǎn)域承載能力不足時(shí)要求補(bǔ)強(qiáng),而《規(guī)程》卻沒(méi)有要求補(bǔ)強(qiáng),提出不足時(shí)設(shè)置斜加勁肋。斜加勁肋沿對(duì)角線設(shè)置防礙螺栓操作,無(wú)論端板豎放或平放都使螺栓擰緊操場(chǎng)作不便。編制組根據(jù)讀者要求補(bǔ)充提出了斜加勁肋布置由設(shè)計(jì)人員自定。但是,內(nèi)力計(jì)算按理想剛架,實(shí)際結(jié)構(gòu)又達(dá)不到理想剛架要求,確實(shí)不妥, 會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能,可能引發(fā)安全問(wèn)題,值得嚴(yán)重警惕。為了消除這種不合理的情況,端板應(yīng)適當(dāng)加厚,節(jié)點(diǎn)域也要適當(dāng)加厚,陳老師已經(jīng)提出具體建議?,F(xiàn)在亡羊補(bǔ)牢,還來(lái)得及。我們感謝陳老師的重要提醒和及時(shí)指導(dǎo),感謝提供的剛節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法,對(duì)提出的一系列設(shè)計(jì)建議,我們堅(jiān)決照辦。
《規(guī)程》目前正在修訂,編制組將按陳老師的建議,擬出梁柱剛性連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求,經(jīng)陳老師審閱后先行刊載,以供設(shè)計(jì)急需。
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