支托式连接支撑节点的受力性能分析及设计方法研究

摘要

随着经济的发展和科技的进步，我国的钢产量逐渐提高，钢结构广泛应用于高层建筑中。中心支撑钢框架结构是一种经济有效的双重抗侧力结构，在高层建筑钢结构工程中应用广泛。节点的设计原则要求节点连接应具有足够的强度和刚度，支撑节点的设计是整个结构设计中的重要环节。支撑杆与框架梁柱的连接构造，对中心支撑钢框架结构的抗震性能有较大影响。
　　在高层中心支撑钢框架结构中，支撑一般采用H型钢制作，构造上两端应刚接，但可按铰接计算。梁柱在与支撑连接件翼缘的连接处，应分别设置加劲肋或隔板，支撑与带有悬臂梁段的梁柱节点连接的这种连接形式称为支托式连接形式。这种连接形式的整体性较好，约束能力较强，应用比较广泛。
　　中心支撑是结构中的主要抗侧力构件，承受大部分水平荷载，其中一部分通过支撑连接件传递到梁和柱上。为了便于支撑的连接，保证连接质量，一般增大连接件腹板的高度。连接件腹板高度的增大对节点及支撑内力传递的影响，采用的计算方法和构造要求使连接件更均匀合理地传递支撑轴力是非常具有实际意义和研究价值。其中一部分水平荷载通过支撑连接件传递到支撑与梁柱相交的节点域上，而现行规范和图集并没有给出支撑与梁柱相交节点域的设计方法和相应的构造要求，设计人员主要凭借经验进行设计，缺乏理论依据。为此，本文分别对支撑连接件和支撑与梁相交节点域的受力性能进行了深入分析，提出相应的计算方法和构造要求，供工程设计参考。主要内容如下：
　　1、基于实际钢结构(中心支撑结构钢框架)工程中的支撑与梁柱节点模型，利用ANSYS软件对支撑节点连接件建立有限元模型。通过分析支撑杆端圆弧半径、支撑与柱的夹角、支撑端长比、支撑杆端扩散角对支撑连接件传力的影响，对支撑连接件中各板件分担的支撑轴力建立计算方法，并提出相应的设计构造建议。
　　2、基于实际钢结构(中心支撑结构钢框架)工程中的支撑与梁柱节点模型，利用ANSYS软件对节点建立有限元模型。通过对比分析支撑轴力、梁端剪力、梁端弯矩、支撑与柱夹角、支撑杆端扩散角等参数对支撑与梁相交节点域剪应力的影响，建立此节点域剪应力的计算方法，并提出相应的设计构造建议。
　　3、结合相关的理论基础和以上两点的有限元分析，综合考虑分析参数的影响，关于支托式连接支撑节点的设计，提出相应的计算方法及设计建议，为相关的规范和图集提供参考依据。