钢结构中次梁与主梁的连接技术

工厂的工作平台、多层或高层建筑的楼面系中经常遇到次梁与主梁的连接的问题，且该连接大多在工地高空进行。连接的设计除应符合梁的计算假定外，还应力求构造简单、便于制造和安装。最简单的连接方式是把次梁直接搁置在主梁上构成叠接，由于叠接会增加楼面的结构高度，减小建筑净空高度，同时，该连接的整体刚度都较小，故不宜采用。常用的连接方式是将次梁连于主梁的两侧，称为侧面连接，如图5.55所示。次梁的顶面可以与主梁顶面相平，根据铺设楼面板的要求，次梁也可略高于或略低于主梁顶面。

连接可以采用普通（C级）螺栓连接、高强度螺栓连接或焊缝连接。连接方法的选用，应综合考虑经济、施工与安装的技术力量、设备条件、梁所受荷载的类型等多种因素的影响。普通螺栓连接在高空安装中最为方便，也最为经济，但只宜用于所受荷载不大时；直接承受动力荷载的楼面梁或工作平台梁宜采用高强度螺栓摩擦型连接，以增加连接的疲劳强度；焊缝连接的构造最为简单且传力直接，因此应用也较多，但高空焊接特别是焊接竖向焊缝的立焊对焊工的技术要求较高。

次梁与主梁的连接形式分为两类:一类是铰接连接，即连接处只传递次梁的竖向反力；另一类是刚性连接，即连接除传递次梁的竖向反力外，还同时传递次梁梁端的弯矩。实际上，任何铰接连接都对梁端的转动有一定的约束，亦即连接处或多或少都能传递一定的弯矩，在内力计算中对此略去不计。下面对次梁与主梁的侧面连接举例说明。

5.12.2.1　铰接连接

图5.55为最常用的一种连接形式，次梁连于主梁的横向加劲肋上。图中主梁左侧所示为用普通C级螺栓连接时的构造；右侧所示为当次梁荷载较大而改用角焊缝连接时的构造，此时图上的螺栓为安装定位和临时支承用，计算中不计其传力。当次梁与主梁为如图5.55所示的平位连接时，次梁梁端上部要割去部分上翼缘和腹板，梁端下部要割去半个翼缘板。为了考虑连接并非完全简支，应按次梁支座反力V的1.20～1.30倍计算所需连接螺栓数目或所需焊缝尺寸，考虑高空立焊对焊接质量的影响，角焊缝的强度设计值应乘以0.90的折减系数。由于次梁端部切去一部分截面，当用螺栓连接时还应按矩形净截面的最大剪应力验算次梁端部的抗剪强度，即应满足

式中，Awn为扣除螺栓孔截面后的次梁腹板净截面面积。对图5.55左边的连接，还应验算次梁腹板的块状剪拉破坏。

图5.55　次梁简单连接于主梁的横向加劲肋上

图5.56为次梁与主梁用连接件连接（连接钢板或连接角钢）。若楼面板铺设条件容许次梁采用低位连接，可避免在次梁端部进行切割，如图5.56（a）所示；次梁用平位连接时[图5.56（b）]，也只需对次梁端部的上部进行切割。图5.56（a）、（b）所示均采用两块角钢作为连接件，通常先在工厂中将角钢（用螺栓或焊缝）与次梁连成整体（次梁端部应缩进连接角钢外表面10mm），然后，在现场将连接角钢与主梁腹板用螺栓或焊缝相连。

从节省材料和便于操作考虑，工厂连接宜用焊接，工地连接宜用螺栓连接。连接件也可用一块竖向短钢板如图5.56（c）所示，此时应先在工厂中将连接钢板焊接于主梁腹板上，安装时将次梁与连接钢板用螺栓连接。

图5.56　用连接悠扬的次梁与主梁连接

（a）低位连接；（b）、（c）平位连接

5.12.2.2　刚性连接

图5.57为次梁与主梁的刚性连接示例，连接需传递次梁端部的竖向反力V和弯矩M。可将M化作一力偶H·h，h为次梁上、下翼缘形心间的距离。次梁上翼缘中的拉力H由盖板承担，根据H力的大小确定所需盖板截面积，盖板与次梁用三面围焊连接。在工厂制作时，主梁腹板两侧各焊一承托（短牛腿），承托的水平板宽度应大于次梁的翼缘板宽度，将次梁下翼缘焊于承托上，角焊缝应承受次梁下翼缘板传来的水平压力H。竖向反力V的作用点位置可假设处于自承托水平板外边缘算起的1/3支承长度处。承托可采用由两块钢板组成的T形截面，荷载小时也可采用角钢。

图5.57　次梁与主梁的抗弯矩连接

【例5.8】　图5.58示某次梁与主梁的简单连接。主梁腹板厚10mm，两边次梁的截面均为Ⅰ32a热轧普通工字钢，腹板厚9.5mm。每边次梁梁端反力设计值各为V＝132k N。采用角钢作为连接件。钢材为Q235钢。C级普通螺栓，E43型焊条，手工焊。试设计连接（包括求连接的形式，螺栓直径及其布置、焊缝焊角的尺寸、连接角钢尺寸等）。

图5.58　例5.8图

c—第一个螺栓的最高位置；h1—连接件的最大高度

解:（1）确定采用的连接形式、螺栓的直径和连接角钢边长。

由热轧普通工字钢螺栓规线距离表，知Ⅰ32a截面腹板上规线的极限位置为c＝65mm，h1＝260mm[见图5.58（c）]，腹板上螺栓孔的最大直径为d0＝21.5mm，如采用连接角钢两边均用螺栓分别与次梁和主梁相连时，应采用螺栓直径d＝20mm。由角钢上螺栓规线距离表，知单行排列螺栓时最大孔径为d0＝21.5mm的角钢边宽可为b＝75mm。据此，连接角钢可用2∠75×t（t为角钢厚度）。若改用如图5.58（d）所示连接角钢与次梁用工厂焊缝相连，用螺栓在工地与主梁腹板相连，则可采用连接角钢为2∠75×50×t，长边外伸，短边与次梁腹板焊接。

（2）连接角钢与主梁腹板的工地螺栓连接[参见图5.58（a）、（b）]。

1）C级螺栓的承载力设计值Nb。双剪时的承载力设计值

对主梁腹板承压时的承载力设计值

故　Nb＝min{88.0，61.0}＝61.0（k N）

2）次梁简支于主梁所需螺栓数为

(www.xing528.com)

采用n＝6个（每只连接角钢上排3个）。

3）按构造要求排列螺栓[见图5.58（a）、（b）]。采用螺栓中心矩p＝65mm＞pmin＝3d0＝3×21.5＝64.5（mm），端矩a＝45mm＞amin＝2d0＝2×21.5＝43（mm）。连接角钢长度l＝（45＋65）×2＝220（mm）＜h1＝260（mm）。取次梁端部上翼缘处切割高度为40mm。

（3）连接角钢与次梁腹板的工厂角焊连接[参见图5.58（d）]。根据安装需要，将连接角钢外伸边背凸出于次梁端部10mm。连接角钢与次梁腹板的连接焊缝如图5.58（d）所示，其中水平段焊缝有效长度为50－10－5＝35（mm）（假设hf＝5mm），竖向段焊缝长度为220mm。每只角钢的连接角焊缝需承受竖向剪力V/2和扭矩T＝Ve/2，e为角钢外伸边背面至焊缝群形心Q的距离

扭矩　

焊缝有效截面的几何特性[设焊缝尺寸为hf（cm）]:

截面积　A＝0.7hf（3.5×2＋22）＝20.3hf（cm2）

惯性矩　

极惯性矩　Ip＝Ix＋Iy＝1214hf＋16hf＝1230hf（cm4）

扭矩T作用下受力最大的焊缝点1处所受焊缝应力

竖向剪力作用下焊缝应力

焊缝的强度条件为

即

hf≥0.27（cm）＝2.7（mm）

按构造要求，采用hf＝5mm。

（4）连接角钢的厚度。

1）按连接角钢外伸边上净截面的抗剪强度确定连接角钢厚度，条件为

得

2）按连接角钢外伸边上块状剪拉破坏的强度确定角钢厚度

解得　

根据国外学者研究建议:当次梁截面高度在500mm以下时，简单连接的连接角钢厚度宜取t＝8mm；当次梁截面高度大于500mm时，宜取角钢厚度t＝10mm。

综合上述各点，采用连接角钢为2×∠75×50×8。

（5）次梁端部抗剪强度验算

满足要求。式中次梁端部截面近似按矩形截面计算。