《高钢规》梁柱节点的加强盖板是不是太厚了？

盖板加强节点可以将塑性铰外移，实现 “ 强节点，弱构件 ” ，是钢框架中常用的梁柱节点类型。我国规范《高层民用建筑钢结构计算规程》 JGJ99-2015 的第 8.3.4 条对这种节点的主要规定如下：  

   

其中 L _cp 、 h _b 、 t _cp 和 t _f 分别为盖板长度、梁高度、盖板厚度和梁翼缘厚度。  

根据这条规定，盖板的厚度不应小于梁翼缘厚度，这导致许多实际梁柱节点的盖板过厚，不利于工程应用。本文将参考文献和规范，对盖板的合理参数进行讨论。  

盖板长度的确定  

根据《高钢规》 8.3.4 条的条文说明，设置盖板的梁柱节点的塑性铰距离盖板端部外侧 0.25 h _b ，因此梁塑性铰截面离开柱表面的距离为 L _cp 0.25 h _b 。  

根据《高钢规》 8.2.1 条，梁与柱的刚性连接需要满足：

   

根据表 8.1.3 取连接系数为 1.35 。按照通常情况，我们取节点连接的极限抗弯强度为：

   

按照图 2 弯矩图可知，在梁柱节点附近的弯矩基本按照线性变化，因此当外移的梁截面出现塑性铰时，应该保证按照弯矩图计算得到的梁柱连接处的弯矩不大于 1.35 M _Pb ，否则可能导致按照规范 8.2.1 条计算的节点抗弯承载能力不足。  

由于框架节点处的弯矩由侧向荷载 ( M _L ) 和竖向荷载 ( M _q ) 引起的弯矩叠加而成，因此当梁外移截面达到塑性弯矩时，梁端部截面的弯矩可以用下式近似：

         

上式可表示为：  

   

其中，   代表重力荷载剪力和塑性机构剪力比值， q 为竖向均布荷载。  

为了确保按照弯矩图计算得到的梁柱连接处的弯矩小于节点连接的抗弯承载能力，需满足：  

   

将（ 3 ）式代入上式，可得：

       

由上式可得盖板长度的上限值为：

       

同时考虑塑性铰的尺寸要求，盖板长度需满足《高钢规》不小于 0.5 h _b 的要求。上式告诉我们，在保证塑性铰外移足够距离的前提下（即大于 0.5 h _b ），盖板并非越长越好，加强区域过长可能导致在外移的梁截面形成塑性铰时，节点处的弯矩过大。  

通过对不同的   gamma值的盖板长度 L _cp 进行计算（图 4 ），可以发现对于常用范围内（ L =10~25 h _b ）取 L _cp =0.5 h _b 基本可以满足（ 6 ）式的要求；梁越深，盖板的长度最大值越小；当 L 小于约 13 h _b 时，按照《高钢规》 L _cp =0.5 h _b 的取值可能不能满足验算要求，此时需要采用更大的连接系数（见文献 [1] ）。  

盖板截面面积  

在计算盖板所需的面积时，应保证盖板加强截面的承载能力不小于节点处梁端部截面的最大可能弯矩，按照前文可知即为 1.35 M _Pb 。考虑到端部截面由于过焊孔对截面腹板的削弱，以及当柱子为钢管或钢管混凝土时，由于柱壁的局部变形，梁腹板的抗弯能力被极大地削弱，因此这里假定梁截面的抗弯承载能力仅由腹板提供，即：  

   

其中公式左边为单个翼缘和盖板可以提供的极限受拉强度， A _f 和 A _cp 分别为单个翼缘和盖板的面积。

盖板与翼缘的焊缝强度  

盖板与翼缘的角焊缝承载能力不应小于其抗拉强度，即：

   

其中 b _cf1 为盖板外侧小端的宽度（图 1 ）。由于规范给出的焊缝强度仅有设计值，因此上式的右端取材料强度的标准值，保守起见此处也可取材料的抗拉强度。  

盖板的宽厚比  

为了保证盖板不先于梁翼缘发生局部失稳，根据规范梁截面宽厚比的确定方法，由薄壁屈曲理论分析可知，四边简支板的屈曲系数约为三边简支、一边自由板的 10 倍，可得宽厚比约为 3 倍关系，因此取盖板的宽厚比不大于 3 倍的梁截面对应截面等级的翼缘宽厚比即可以满足要求。  

典型算例  

钢梁截面为 H800x300x14x35 ，材料为 Q355 ，腹板屈服强度为 345MPa ，翼缘屈服强度为 335MPa ，强度设计值分别为 305MPa 和 295MPa, 材料抗拉强度为 470MPa, 梁净跨为 L =9.8m ，荷载比值，盖板外侧的小端宽度为 0.5 b _f =150mm ，根部宽度取 270mm 。下面计算中取 h _b 为翼缘之间距离 765mm 。

(1) 盖板长度计算：  

根据（ 6 ）式，计算可得：    

   

(2) 盖板截面面积：

通过计算 H800x300x14x35 的 M _pb =3334.36kN.m 。根据（ 7 ）式，取 h _b 为翼缘之间距离 765mm ，盖板宽度 270mm ，计算可得盖板厚度为：

         

取盖板厚度为 10mm 。这个算例中，所需盖板的厚度为 10mm ，远小于规范规定的 35mm 。

(3) 盖板宽厚比验算：

按照 S2 级截面计算，查钢结构设计规范可知翼缘宽厚比限值为 11 ，因此盖板宽厚比限值为 33 ，刚好满足要求。

(4) 盖板与翼缘的焊缝验算：  

根据（   8   ）式，可以得到焊脚高度   h   _f   为：  

盖板强度取设计值： h _f 不小于 6.96mm

盖板强度取抗拉强度： h _f 不小于 9.22mm

对于 10mm 厚的盖板，焊脚的高度能够满足构造要求。

本文小结  

通过本文的讨论可以得到下面几个结论：

（ 1 ）《高钢规》对盖板加强节点的盖板厚度过厚，不利于实际应用；

（ 2 ）文献[1]利用《高钢规》条文说明，从盖板加强截面的承载能力 >= 强节点要求承载能力 >= 弯矩图外推弯矩来确定盖板的面积和长度，得到了简单计算方法。    

参考文献：    

[1]. 童根树，盖板加强梁柱节点计算，钢结构， 2024 ， 39(7): 55-57.  

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