吕迪华 吴怡沁
浙江树人大学
摘要：伴随着现代社会经济的高速发展，建筑行业也迎来了全新的发展机遇。随着城市建设的逐步完善，越来越多的高层建筑逐渐兴起，建筑结构也变得越来越复杂，这就需要建筑结构具有更高的稳定性。在全世界范围内的高层建筑当中，应用最为广泛的就是钢结构，以此来提升高层建筑工程的稳定性和整体质量。在钢结构的节点设计环节需要强化重视，掌握高层建筑钢结构的节点设计原理以及应用实践方式，来进一步推动整体高层建筑质量的提升。笔者结合自身的工作经验，在充分开展工作实践的基础上，也提出了一些自己的看法与观点，在此与各位同仁共勉。
关键词：高层建筑；钢结构；节点设计；原理
节点和结构是在建筑工程钢结构设计环节的两个主要构成部分，节点与结构之间的联系是十分紧密的。在实际的操作环节，也需要对节点与结构进行合理的控制与应用，如若没有按照规范设计高层建筑钢结构的节点，及时保障了钢结构构件的质量、大小，最终实际应用过程中也仍然会出现一系列的问题，建筑工程的整体质量也仍然无法得到有效的保障。在将钢结构应用到高层建筑工程时，能够让高层建筑工程的稳定性得到提升，但根据相关的数据以及实际情况也发现，钢结构在高层建筑工程中的应用，也会因为地震等原因产生强烈的破坏，其背后根本的原因就是没有合理的设计钢结构节点。所以我们能得出，在设计高层建筑钢结构的过程中，我们不仅会对钢结构构件的质量又更高的要求，还需要考虑到一些难以发现的隐性因素，将节点的设计也考虑到其中，这样钢结构整体的稳定性才能得到保障，进而也会提升高层建筑的整体质量。
一、建筑钢结构基本概念
所谓的建筑钢结构，总而言之就是用先进的加工工艺以及技术，将钢材制作、加工形成的建筑结构，在实际的应用环节，建筑钢结构也有着无法替代的重大优势：更高的建筑强度；更稳定的性质；更低廉的成本；更高的经济效益。因此，针对当前建筑结构设计变得越发复杂的现状，使用钢结构材料开展建筑结构设计是最好的一种选择。根据笔者的实际工作与调查研究发现，钢结构在我国建筑行业中的应用频率越来越高，占据的比例也在逐年提升，先进已经成为了提升建筑质量的主要结构形式。在全世界范围内，高层建筑主要应用的结构也都是钢结构，在77层以上的建筑全部采用钢结构，34层以上的建筑中85%采用钢结构，由此可见钢结构的独特优势和特性。
二、高层建筑钢结构的节点设计原理
（一）高层建筑钢结构节点连接方式
在钢结构在高层建筑中的应用环节，往往会通过多样化的形式，由相关的施工人员将钢结构连接节点。总体而言，先进的实际建设应用环节，焊接连接方式、高强度螺栓连接方式以及焊接与高强度螺栓相结合的连接方式，是当前最常见的链接办法。
（1）焊接连接方式
在连接钢结构节点的环境，使用焊接连接方式能够提升延伸性，有利于节点的连接，并发挥出更明显的作用。但应用焊接连接方式会出现更大的应力，钢结构应用这样的连接方式，会大大降低自身的抗震能力。在实际的应用环节，为了让钢结构的质量得到保障，所以很多的施工人员会选择全熔接的方式开展焊接工作。
（2）高强度螺栓连接方式
作为一种承重构件，在高层建筑的实际应用中，钢结构的刚度和稳定性都会更高。在连接节点的过程中，想要将刚度较高的钢结构进行连接，就需要使用摩擦型高强度螺栓来连接节点，虽然这样的连接方式更加简便，但却会消耗更多的材料，让整体工程的造价得到提升，一旦在处理过程中出现任何问题，就会由于地震等因素的影响，造成高层建筑滑移、失稳等严重的后果。
（3）焊接与高强度螺栓相结合的连接方式
在当前的高层建筑施工环节，一般来说都会选择应用焊接与高强度螺栓相结合的方式来连接钢结构节点。由于钢结构的侧翼部分会受到更大的力，为了让钢结构有更高的稳定性，选择使用焊接的方式将钢结构与节点连接；而对于钢结构的腹板位置，就可以使用高强度螺栓进行连接。通过焊接与高强度螺栓相结合的连接方式，将两种连接方式的优势整合，也能在实际应用环节发挥出更明显的作用。但在实际的施工环节，作为施工人员也需要注意一点，那就是需要先用螺栓定位钢结构，然后再使用相应设备焊接钢结构的翼缘。
（二）高层建筑钢结构节点的设计要求
在高层建筑当中，节点是影响高层建筑钢结构质量的关键因素。由于业主对建筑质量的要求，在实际的连接环节，可以采用焊接的形式，让焊缝的质量得到保障。焊接连接更加简便的工序，以及更便捷的安装方式，都为其提供了巨大的优势。下面将介绍几种节点连接形式：
（1）刚性连接节点
为了让连接节点处钢结构的质量、完整性以及持续性都得到保障，让连接符合建筑力学原理，所以会选择刚性连接节点方式。在这样的情形下，钢结构节点的各构件所形成的角度，即使在最大承载力的作用下也不会产生变化，能够有更高的稳定性。并且，相较于被连接构件整体产生的屈服强度，刚性连接节点的强度要更大。为了方便理解，图1将32种典型的刚性节点分类展示了出来。
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图1 32种典型刚性节点分类
（2）梁的拼接节点
通常情况下，螺栓连接和焊接是梁的拼接主要形式，虽然相较于螺栓连接的方式，焊接的刚度要更大，但螺旋连接的制作更加简便，并且质量上也能得到保障，所以往往会采用这种拼接方法。在实际的连接操作环节，焊接的方式不够简便，并且质量上也无法有效保障，所以一般应用在工程。螺栓连接时本节阐述的梁的连接方式，主要的优势是更方便的施工，但也存在着接头尺寸大的缺点，会耗费一定的板材消耗，在遇到地震等灾害时也容易出现位移，并且会耗费更多的成本。梁的拼接节点图如图2所示。
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图2 梁的拼接节点图
（3）梁与边柱和中柱的连接节点
对梁的边柱和中柱来说，他们的连接是刚性连接。在梁的边柱连接环节，往往会使用端板连接方式，也就是通过端板将两个建筑构件进行直接连接的形式。在西方发达国家，主要在高层框架和底层框架中采用端板连接方式，因为这样的连接方式性能更好，也能有效控制连接的质量，焊接的质量更高，抗震性更强，并且操作也比较简便，不需要现场焊接作业。而在梁的中柱连接环节，一是使用焊接连接的方式，将焊接柱连接到梁端，梁翼缘与焊接柱；T形连接螺栓对梁端和连接柱；粱腹板与螺栓柱是最主要的连接形式。二是使用箱型焊接组合柱与钢梁连接的形式，主要涵盖了梁腹板与钢板相连；柱翼缘与钢板的连接；柱与梁端的连接；柱与梁翼缘的连接等，前两种主要使用高强度螺栓进行连接，而后两种主要采用焊缝连接的方式。
（4）柱之间的连接节点
在实际的施工环节，根据截面的不同，柱与柱的连接还可以氛围变截面拼接和等截面拼接两种形式，等截面的焊接拼接与梁的拼接基本相同。
（5）半刚性连接节点
在半刚性连接环节，也需要让节点的载荷能力大于建筑构件连接的整体承载能力，这样的方法是因为这种连接方式和建筑构造设计的要求，需要连接节点刚度小于弹性刚度，因此在实际的建筑设计环节，往往不采用或者谨慎使用。
（6）铰接连接节点
通常情况下，一般不在建筑构件上使用铰接连接，是因为建筑构件承受的弯矩不足，在实际的施工实践环节，主要在建筑构件端部位置应用铰接连接。例如，在柱脚、梁体端部等位置实施建筑构件连接，在实际的应用环节，也存在着铰接连接方式无法实现完全铰接的问题。
①主次梁的连接节点。在我国实际工程建设环节，该连接一般采用简支连接的形式，遇到一些要求较高的建筑，也可以选择刚性连接。虽然这样的方法更加复杂，但实施起来却不需要进行翼缘处理，因此建筑设计师常用该连接方式。
②斜梁的拼接。针对跨度较大的斜梁，出于方便施工的目的，往往会将斜梁进行分段设计与运输，在施工现场实施拼接。
③主要采用板节点连接的方式处理桁架节点，这样的处理方式更加简单，并且属于网架结构，作为常见的空间结构，有着更好的受力性能，多应用于民用建筑。
④柱脚节点连接。在实际工程实践环节，因为柱脚节点稳定性不足，导致发生工程事故的案例数不胜数，因此在实际的作业环节，也需要重视柱脚节点的设计，相较于一般民用建筑，因为更小的侧向力，所以会选择铰接的方式，常见会使用平板式铰接，这样连接起来更方便，受力也更合理。在较大荷载的情况下，通过加劲肋柱脚的方式也能解决。钢筋混凝土的柱脚可以分为插入式与端承式，但端承式往往是刚性连接。
三、高层建筑钢结构的节点设计应用
（一）梁与柱连接节点的设计
铰接连接由于柱身会受到梁端竖向剪力的影响，因为轴线夹角随意，所以在设计节点的过程中可以忽视转动的影响；刚性连接方式会使柱身受到梁端传递弯矩的影响，不能随意改动轴线夹角；半刚性连接是一种存于铰接连接和刚性连接的中间连接方式，能够在一定范围内改变轴线夹角。在钢结构框架中，柱的机构往往是贯通型的，所以出于高层建筑抗震性的设计考虑，需要我们使用刚性连接的方式连接框架与支撑梁柱，氛围梁与悬臂拼连或梁柱直连。在高层建筑中的钢结构节点设计中，必须要考虑到抗震性的要求，使用全熔透的焊缝技术，能够强化柱与梁翼缘之间的连接，让连接处变得更加稳固。此外，这样的形式还能合理设计腹板角处的扇形切角。在设计梁与柱连接节点的同时，需要保障梁的全截面塑性大于翼缘的70%，让腹板与柱的连接能够大于两列，保持在1.5倍以上，这样能够变得更加稳固，高层建筑物也会因此变得更加安全。
（二）主梁和次梁的节点设计
主梁与次梁的节点设计针对的是悬臂梁段与梁之间的节点连接，使用螺栓连接方式连接腹板之间和腹板与翼缘，最广泛的螺栓连接方式就是摩擦型。主梁与次梁的节点设计要分析剪力的影响，对次梁而言，连接产生的连接弯矩必须考虑到，而主梁则可以忽视。在设计过程中也需要考虑到高层建筑的抗震设计，需要考量横梁框架带来的侧向屈曲，设置出支撑构件，进而保障钢结构的稳定与安全。
（三）柱脚的节点设计
固定是柱脚最主要的作用，在整个柱的底端将柱脚固定，通过这样固定的方式，让柱身整体承受的内力逐渐穿导致基础部分，而由于钢筋混凝土是基础的构成材料，所以相较于接触面受到的力，压力值会更大，所以设计柱脚的节点要使高层建筑承受最大限度的压力，才能保持稳定性。在设计柱脚节点的过程中，铰接连接的方式能够让柱脚的轴心承受更大压力，如若柱轴承受的压力小，能够直接将柱脚的下端与底板进行焊接。
结语：伴随着城市化进程的加快，高层建筑也在不断增多，钢结构在高层建筑中的广泛应用，也在不断推动着建筑行业的发展。由于钢结构独特的优越性，也提出了更高的要求，需要不断提升钢结构的节点设计，来保障高层建筑的质量，促进我国建筑业的发展。
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