最近，我國《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)計成剛節(jié)點(diǎn)》的重要論文，指出《規(guī)程》存在的重大缺陷——沒有明確說明做成剛節(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，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)動能力，有利于框架的抗震性能。如果設(shè)計得當(dāng)，螺栓端板連接也可以做成剛節(jié)點(diǎn)。《規(guī)程》就是這樣對待梁和柱的連接的。作者語重心長地指出：“如果梁柱連接的轉(zhuǎn)動剛度和理想剛節(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》的條文確定柱計算長度，將導(dǎo)致門式剛架的可靠度不足，甚至?xí)劤墒鹿?rdquo;。以上評述確切、中肯、及時，此前沒有任何人指出，使我們深受教益，值得編制組成員深思，對廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計人員也是一次難得學(xué)習(xí)機(jī)會。
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。振動臺模型擬靜力試驗(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，且承載力有較大儲備。容許輕型門式剛架的連接剛度不足是不適當(dāng)?shù)模演p型門式剛架設(shè)計成剛節(jié)點(diǎn)十分必要。
論文對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)度計算得出的，沒有考慮剛度要求。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)研究完成了兩個門式剛架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，一個是端板斜放的梁柱連接節(jié)點(diǎn)，另一個是屋脊處梁拼接節(jié)點(diǎn)。前者沒有達(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)計計算。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)造措施來對待，而不是按《規(guī)程》規(guī)定的“不滿足剪切強(qiáng)度要求時設(shè)置”。還有一項(xiàng)研究雖然說“外伸式端板經(jīng)過合理設(shè)計，可以達(dá)到剛性節(jié)點(diǎn)的要求”，但并未指出合理的設(shè)計方法。
陳老師用一系列事實(shí)說明，按《規(guī)程》設(shè)計的輕型門式剛架設(shè)計達(dá)不到剛節(jié)點(diǎn)的設(shè)計要求。我們過去強(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)力小時是剛接，內(nèi)力大時是半剛接。在MBMA低層房屋手冊的歷次版本中，強(qiáng)調(diào)了這種結(jié)構(gòu)的實(shí)際位移比計算值小很多，也使我們認(rèn)為端板連接剛度是不成問題的；按MBMA提供的梁柱連接標(biāo)準(zhǔn)形式去設(shè)計，看重面板的蒙皮效應(yīng)，忽視了框架本身的剛度要求，沒有想到對節(jié)點(diǎn)剛性會存在什么問題。中國建筑東北設(shè)計院原總工李和邦幾年前曾對門式剛架的柱頂節(jié)點(diǎn)剛度提出疑問，對《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，會同遼寧省建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會會長曹英一道，立了課題，作了模型試驗(yàn)。但他們?nèi)猿謴?qiáng)度觀點(diǎn)，沒有意識到剛架節(jié)點(diǎn)還有剛度要求，也提不出任何剛度準(zhǔn)則。我們當(dāng)時提出，當(dāng)節(jié)點(diǎn)域承載力不足時可以設(shè)置斜斜加勁肋，問題也就不了了之。《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，提出疑問是很自然的。高鋼規(guī)程對節(jié)點(diǎn)域承載能力不足時要求補(bǔ)強(qiáng)，而《規(guī)程》卻沒有要求補(bǔ)強(qiáng)，提出不足時設(shè)置斜加勁肋。斜加勁肋沿對角線設(shè)置防礙螺栓操作，無論端板豎放或平放都使螺栓擰緊操場作不便。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)計人員自定。但是，內(nèi)力計算按理想剛架，實(shí)際結(jié)構(gòu)又達(dá)不到理想剛架要求，確實(shí)不妥, 會影響結(jié)構(gòu)性能，可能引發(fā)安全問題，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。現(xiàn)在亡羊補(bǔ)牢，還來得及。我們感謝陳老師的重要提醒和及時指導(dǎo)，感謝提供的剛節(jié)點(diǎn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和方法，對提出的一系列設(shè)計建議，我們堅決照辦。
《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)計要求，經(jīng)陳老師審閱后先行刊載，以供設(shè)計急需。
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