鋼結構零件熱加工施工記錄魯GG—024工程名稱分部工程名稱建設單位分項工程名稱熱加工性質熱加工日期序號零件名稱零件編號規(guī)格尺寸使用部位材質加工溫度（℃）結束加工溫度（℃）要求實際要求實際施工單位專業(yè)技術負責人質量檢查員記錄人山東省建設工程質量監(jiān)督總站監(jiān)制鋼結構設計簡單步驟和設計思路

(一)判斷結構是否適合用鋼結構（這個問題實際上一般和結構選型聯(lián)系在一起）。

鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經(jīng)常裝拆的結構。直觀的說：大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。（材料的選用還應考慮：材料的綜合成本，施工周期，是否就地取材，以及使用環(huán)境）

(二)結構選型與結構布置

此處僅簡單介紹.詳請參考相關專業(yè)書籍.由于結構選型涉及廣泛,做結構選型及布置應該在經(jīng)驗豐富的工程師指導下進行。

在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是"概念設計",它在結構選型與布置階段尤其重要.對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題，可依據(jù)從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設計思想，從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確，并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時，它也是判斷計算機內力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

林同炎教授在《結構概念和體系》一書中介紹了用整體概念來規(guī)劃結構方案的方法，以及結構總體系和個分體系間的相互力學關系和簡化近似設計方法。[20]

鋼結構通常有框架、平面(木行)架、網(wǎng)架（殼）、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。

其理論與技術大都成熟。亦有部分難題沒有解決,或沒有簡單實用的設計方法，比如網(wǎng)殼的穩(wěn)定等。

結構選型時，應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)廠房中，當有較大懸掛荷載或移動荷載，就可考慮放棄門式剛架而采用網(wǎng)架。基本雪壓大的地區(qū)，屋面曲線應有利于積雪滑落（切線50度內需考慮雪載），如亞東水泥廠石灰石倉棚采用三心圓網(wǎng)殼?？傃┹d釋放近一半。降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時，在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經(jīng)濟性。而屋面覆蓋跨度較大的建筑中，可選擇構件受拉為主的懸索或索膜結構體系。高層鋼結構設計中，常采用鋼混凝土組合結構，在地震烈度高或很不規(guī)則的高層中，不應單純?yōu)榱私?jīng)濟去選擇不利抗震的核心筒加外框的形式。宜選擇周邊巨型SRC柱，核心為支撐框架的結構體系。我國半數(shù)以上的此類高層為前者。對抗震不利。[19]

結構的布置要根據(jù)體系特征,荷載分布情況及性質等綜合考慮.一般的說要剛度均勻.力學模型清晰.盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍,使其以最直接的線路傳遞到基礎.柱間抗側支撐的分布應均勻.其形心要盡量靠近側向力(風震)的作用線.否則應考慮結構的扭轉.結構的抗側應有多道防線.比如有支撐框架結構,柱子至少應能單獨承受1/4的總水平力.

框架結構的樓層平面次梁的布置,有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁，但是這會使主梁截面加大，減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消，此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子.

（鋼結構整體布置應考慮結構的使用，荷載盡量均勻傳遞，支撐等耗能構件及連接的布置，結構的美學價值）

(三)預估截面

結構布置結束后，需對構件截面作初步估算。主要是梁柱和支撐等的斷面形狀與尺寸的假定。

鋼梁可選擇槽鋼、軋制或焊接H型鋼截面等。根據(jù)荷載與支座情況，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之間選擇。翼緣寬度根據(jù)梁間側向支撐的間距按l/b限值確定時，可回避鋼梁的整體穩(wěn)定的復雜計算，這種方法很受歡迎。確定了截面高度和翼緣寬度后，其板件厚度可按規(guī)范中局部穩(wěn)定的構造規(guī)定預估。

柱截面按長細比預估.通常50<λ<150,簡單選擇值在100附近。根據(jù)軸心受壓、雙向受彎或單向受彎的不同,可選擇鋼管或H型鋼截面等.

初學者需注意，對應不同的結構，規(guī)范中對截面的構造要求有很大的不同。如鋼結構所特有的組成構件的板件的局部穩(wěn)定問題。在普鋼規(guī)范和輕鋼規(guī)范中的限值有很大的區(qū)別。

除此之外，構件截面形式的選擇沒有固定的要求，結構工程師應該根據(jù)構件的受力情況，合理的選擇安全經(jīng)濟美觀的截面。

（初學者可以參考以前的設計，一定要多調整幾次，積累概念）

(四)結構分析

目前鋼結構實際設計中,結構分析通常為線彈性分析,條件允許時考慮P-Δ,p-δ.

新近的一些有限元軟件可以部分考慮幾何非線性及鋼材的彈塑性能.這為更精確的分析結構提供了條件。并不是所有的結構都需要使用軟件:

典型結構可查力學手冊之類的工具書直接獲得內力和變形.

簡單結構通過手算進行分析.

復雜結構才需要建模運行程序并做詳細的結構分析.

（建議應學習一些手算技巧）

(五)工程判定

要正確使用結構軟件，還應對其輸出結果的做"工程判定"。比如，評估各向周期、總剪力、變形特征等。根據(jù)"工程判定"選擇修改模型重新分析,還是修正計算結果.

不同的軟件會有不同的適用條件.初學者應充分明了.此外,工程設計中的計算和精確的力學計算本身常有一定距離,為了獲得實用的設計方法,有時會用誤差較大的假定,但對這種誤差,會通過"適用條件、概念及構造"的方式來保證結構的安全.鋼結構設計中,"適用條件、概念及構造"是比定量計算更重要的內容.

工程師們不應該過分信任與依賴結構軟件.美國一位學者曾警告說：“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時間的問題?！?/p>

注重概念設計和工程判定是避免這種工程災難的方法.

(六)構件設計

構件的設計首先是材料的選擇.比較常用的是Q235(類似A3)和Q345(類似16Mn).通常主結構使用單一鋼種以便于工程管理.經(jīng)濟考慮,也可以選擇不同強度鋼材的組合截面.當強度起控制作用時,可選擇Q345;穩(wěn)定控制時,宜使用Q235.

構件設計中,現(xiàn)行規(guī)范使用的是彈塑性的方法來驗算截面.這和結構內力計算的彈性方法并不匹配.

當前的結構軟件,都提供截面驗算的后處理功能。由于程序技術的進步,一些軟件可以將驗算時不通過的構件，從給定的截面庫里選擇加大一級.并自動重新分析驗算，直至通過，如sap2000等。這是常說的截面優(yōu)化設計功能之一。它減少了結構師的很多工作量。但是，初學鋼至少應注意兩點：

1.軟件在做構件(主要是柱)的截面驗算時,計算長度系數(shù)的取定有時會不符合規(guī)范的規(guī)定.目前所有的程序都不能完全解決這個問題。所以,尤其對于節(jié)點連接情況復雜或變截面的構件,結構師應該逐個檢查.

2.當上面第(三)條中預估的截面不滿足時，加大截面應該分兩種情況區(qū)別對待。

(1)強度不滿足,通常加大組成截面的板件厚度，其中,抗彎不滿足加大翼緣厚度，抗剪不滿足加大腹板厚度。

(2)變形超限，通常不應加大板件厚度，而應考慮加大截面的高度，否則，會很不經(jīng)濟。

使用軟件的前述自動加大截面的優(yōu)化設計功能，很難考慮上述強度與剛度的區(qū)分，實際上，常常并不合適。

(七)節(jié)點設計

連接節(jié)點的設計是鋼結構設計中重要的內容之一.在結構分析前,就應該對節(jié)點的形式有充分思考與確定.常常出現(xiàn)的一種情況是,最終設計的節(jié)點與結構分析模型中使用的形式不完全一致,這必須避免.按傳力特性不同,節(jié)點分剛接,鉸接和半剛接.初學者宜選擇可以簡單定量分析的前兩者.常用的參考書[2]有豐富的推薦的節(jié)點做法及計算公式.

連接的不同對結構影響甚大.比如,有的剛接節(jié)點雖然承受彎矩沒有問題,但會產(chǎn)生較大轉動,不符合結構分析中的假定.會導致實際工程變形大于計算數(shù)據(jù)等的不利結果.

連接節(jié)點有等強設計和實際受力設計兩種常用的方法,初學者可偏安全選用前者.設計手冊[2}中通常有焊縫及螺栓連接的表格等供設計者查用,比較方便.也可以使用結構軟件的后處理部分來自動完成.

具體設計主要包括以下內容:

1.焊接:對焊接焊縫的尺寸及形式等,規(guī)范有強制規(guī)定,應嚴格遵守.焊條的選用應和被連接金屬材質適應.E43對應Q235,E50對應Q345.Q235與Q345連接時,應該選擇低強度的E43,而不是E50.

焊接設計中不得任意加大焊縫.焊縫的重心應盡量與被連接構件重心接近.其他詳細內容可查規(guī)范關于焊縫構造方面的規(guī)定.

2.栓接:

鉚接形式,在建筑工程中，現(xiàn)已很少采用.

普通螺栓抗剪性能差,可在次要結構部位使用.

高強螺栓,使用日益廣泛.常用8.8s和10.9s兩個強度等級.根據(jù)受力特點分承壓型和摩擦型.兩者計算方法不同.高強螺栓最小規(guī)格M12.常用M16~M30.超大規(guī)格的螺栓性能不穩(wěn)定,設計中應慎重使用。

自攻螺絲用于板材與薄壁型鋼間的次要連接.國外在低層墻板式住宅中,也常用于主結構的連接.

3.連接板:可簡單取其厚度為梁腹板厚度加4mm.然后驗算凈截面抗剪等.

4.梁腹板:應驗算栓孔處腹板的凈截面抗剪.承壓型高強螺栓連接還需驗算孔壁局部承壓.

5.節(jié)點設計必須考慮安裝螺栓、現(xiàn)場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現(xiàn)場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外，還應盡可能使工人能方便的進行現(xiàn)場定位與臨時固定。

6.節(jié)點設計還應考慮制造廠的工藝水平.比如鋼管連接節(jié)點的相貫線的切口需要數(shù)控機床等設備才能完成.

(八)圖紙編制

鋼結構設計出圖分設計圖和施工詳圖兩階段，設計圖為設計單位提供，施工詳圖通常由鋼結構制造公司根據(jù)設計圖編制，有時也會由設計單位代為編制。由于近年鋼結構項目增多和設計院鋼結構工程師缺乏的矛盾，有設計能力的鋼結構公司參與設計圖編制的情況也很普遍。

1.設計圖:是提供制造廠編制施工詳圖的依據(jù).深度及內容應完整但不冗余.在設計圖中,對于設計依據(jù)、荷載資料（包括地震作用）、技術數(shù)據(jù)、材料選用及材質要求、設計要求（包括制造和安裝、焊縫質量檢驗的等級、涂裝及運輸?shù)龋?、結構布置、構件截面選用以及結構的主要節(jié)點構造等均應表示清楚，以利于施工詳圖的順利編制，并能正確體現(xiàn)設計的意圖。主要材料應列表表示。

2.施工詳圖:又稱加工圖或放樣圖等.深度須能滿足車間直接制造加工.不完全相同的另構件單元須單獨繪制表達，并應附有詳盡的材料表.

設計圖及施工詳圖的內容表達方法及出圖深度的控制，目前比較混亂，各個設計單位之間及其與鋼結構公司之間不盡相同。初學者可參考他人的優(yōu)秀設計并參考相關的工具書[3]，并依據(jù)規(guī)范規(guī)定編制。北嶺地震和販神地震后美日鋼框架節(jié)點設計的改進

摘要：本文介紹1994年美國北嶺地震和1995年日本限神地震引起的鋼框架梁柱節(jié)點破壞情況，壞原因探討，設計改進措施，兩國構造的異同和我國的相關對策等。

關鍵詞：鋼框架震害節(jié)點設計襯板

1．前言

1994年1月17日發(fā)生在美國加州圣費南多谷地的北嶺地震（NorthridgeEarthquake）和正好一年后1995年1月17日發(fā)生在日本兵庫縣南部地區(qū)的阪神地震(Hyogoken-NanbuEarthquake)是兩次陸域型強震，都導致了焊接鋼框架梁-柱附性連接節(jié)點的廣泛破壞。震后兩國進行了大量的調查和研究，揭示了破壞的原因，在此基礎上提出了改進鋼框架節(jié)點設計的技術措施。兩國在此期間都發(fā)表了不少論文，所作的討論開拓了人們的眼界，提供了對鋼框架的節(jié)點設計的更多了解，對今后鋼框架節(jié)點設計有深遠的影響。我們受中國建筑科學研究院抗震所委托，對有關資料進行了搜集、整理和歸納，現(xiàn)將其主要內容在此作一介紹。

2．美日兩國鋼框架節(jié)點的破壞情況

兩國鋼框架破壞情況的報導，主要集中在梁柱混合連接節(jié)點上，因此本文也以梁柱混合連接為主要對象。混合連接是一種現(xiàn)場連接，其中梁翼緣與柱用全熔透坡口對接焊縫連接，梁腹板通過連接板與柱用高強度螺栓連接。美國慣常采用焊接工字形柱，日本則廣泛采用箱形柱，僅在一個方向組成剛架時采用工字形柱。在梁翼緣連接處，工字形柱腹板上要設置加勁肋(美國稱為連續(xù)板)，在箱形柱中則要設置隔板。

美、日兩國梁柱混合連接節(jié)點的典型構造。在節(jié)點設計上，兩國都采用彎矩由翼緣連接承受和剪力由腹板連接承受的設計方法，美國還規(guī)定，當梁翼緣承受的彎矩小于截面總彎矩的70％或梁腹板承受的彎矩大于截面總彎矩的30％時，要將梁腹板與連接板的角部用角焊縫焊接。日本則規(guī)定腹板螺栓連接應按保有耐力即框架達到塑性階段時的承載力設計，螺栓應設置2-3列，也是為了考慮腹板可能承受的的彎矩。梁翼緣處的柱加勁肋，美國過去根據(jù)傳力的需要由計算確定，其截面較小。日本根據(jù)構造要求采用，其截面較大。

2.1美國北嶺地震后對剛框架節(jié)點破壞的調查

從70年代以來，美國采用高強螺栓聯(lián)接鋼框架已很普遍，北嶺地震后出現(xiàn)破壞的有100多幢[3](有的報導說90多幢[7]、150多幢[1]或200多幢[5])。為了弄清破壞的原因，北嶺地震后不久，在美國聯(lián)邦應急管理局(FEMA)資肋下，有加州結構工程協(xié)會(SEAOC)、應用技術研究會(ATC)和加州一些大學的地震工程研究單位(CU)等組成了被稱為SAC和聯(lián)合動機構，對此開展了深入調查和研究，以便弄清破壞原因和提出改進措施。

美國的鋼框架梁-柱連接，在50年代多采用鉚釘連接，60年代逐步改用高強度螺栓連接。為了評估栓焊混合連接的有效性，曾進行過一系列試驗，這種由翼緣焊縫抗彎和腹板螺栓連接抗剪的節(jié)點，美國以前規(guī)定其塑性轉角應達到O．015rad(≈1／65)，但大量試驗表明，塑性轉角的試驗結果很離散，且出現(xiàn)了早期破壞，總的說來性能很不穩(wěn)定。北嶺地震前，德州大學教授Engelhardt就曾對這種連接在大震時的性能產(chǎn)生疑問，指出在大震時要密切注意，對它的的設計方法和連接構造要進行改進[7]。

北嶺地震證實了這一疑慮，為此SAC通過柏克萊加州大學地震工程研究中心(EERC)等4個試驗場地，進行了以了解震前節(jié)點的變形響應和修復性能為目的的足尺試驗和改進后的節(jié)點試驗。對北嶺地震前通常做法的節(jié)點及破壞后重新修復節(jié)點的試驗表明全部試驗都觀察到了與現(xiàn)場裂縫類似的早期裂縫，試驗的特性曲線亦與以前的試驗結果相同，梁的塑性轉動能力平均為0.05弧度，是SAC經(jīng)過研究后確定的目標值0．03弧度的1／6，說明北嶺地震前鋼框架節(jié)點連接性能很差，這與地震中的連接破壞是吻合的。而且破壞前沒有看到或很少看到有延性表現(xiàn)，與設想能發(fā)展很大延性e6鋼框架設計意圖是違背的。焊接鋼框架節(jié)點的破壞，主要發(fā)生在梁的下翼緣，而且一般是由焊縫根部萌生的脆性破壞裂紋引起的。裂紋擴展的途徑是多樣的，由焊根進入母材或熱影響區(qū)。一旦翼緣壞了，由螺栓或焊縫連接的剪力連接板往往被拉開，沿連接線由下向上擴展。最具潛在危險的是由焊縫根部通過柱翼緣和腹板擴展的斷裂裂縫。

從破壞的程度看，可見裂縫約占20-30％，大量的是用超聲波探傷等方法才能發(fā)現(xiàn)的不可見裂紋。裂紋在上翼緣和下翼緣之間出現(xiàn)的比例為1：5-1：20，在焊縫和母材上出現(xiàn)的比例約為1：10到1：100。一般認為，混凝土樓板的組合作用減小了上翼緣的破壞，也有人認為上翼緣焊縫根部不象下翼緣那樣位于梁的最外側，因此焊根中引起的應力較低，減少了上翼緣破壞的概率[1]。

美國斯坦福大學Krawinkler教授對北嶺地震中幾種主要連接破壞形式作了歸納，由下翼緣焊縫根部開始出現(xiàn)的這樣或那樣的破壞，最多的是沿焊縫金屬的邊緣破壞，另有沿柱翼緣表面附近裂開的剝離破壞，也有沿腹板板切角端部開始的梁翼緣斷裂破壞，或從柱翼緣穿透柱腹板的斷裂破壞。

北嶺地震雖然沒有使鋼框架房屋倒塌，也沒有因鋼框架節(jié)點破壞引起人身傷亡，但使業(yè)主和保險公司支付了大量的修復費用。僅就檢查費用而言，不需挪動石棉時為每個節(jié)點800-1000美元，需挪動石棉時為每個節(jié)點1000-2000美元，對于有石膏抹灰和吊頂?shù)母呒壸≌?，每個節(jié)點達2000-5000美元，修復費用更高211。更重要的當然是對過去長期沿用的節(jié)點在抗震中的安全問題提出了疑問，必須認真研究和解決。

2．2日本販神地震后對鋼框架節(jié)點破壞的調查

阪神地震后，日本建設省建筑研究所成立了地震對策本部，組織了各方面人士多次參加的建筑應急危險度和震害的調查，民間有關團體也開展了各類領域的震害調查，但因鋼結構相對于其它結構的震害較少，除新發(fā)現(xiàn)了鋼柱脆斷或柱腳拔起外，鋼框架節(jié)點的破壞主要表現(xiàn)在扇形切角(scallop)工藝孔部位，但因結構體被內外裝修所隱蔽，一般業(yè)主、設計或施工人員對此震害調查不太積極，對鋼框架系統(tǒng)震害的調查遇到一定困難。僅管如此，日本學者還是就腹板切角工藝孔方面的問題進行了探索，如日本建筑學會結構連接委員會和鋼材俱樂部等單位，專就工藝孔破壞狀態(tài)等問題作了系統(tǒng)深入的研究。

日本對于混合連接的研究，早在1978年以后的石油危機中，就曾利用建筑處于低潮機會結合自屏蔽電弧焊的出現(xiàn)和應用，系統(tǒng)地開展過。進入90年代后，隨著高層、超高層和大跨度鋼結構建筑的增多，梁柱截面增大，若采用過去的梁懸臂段形式，由于運輸尺寸上的限制，懸臂長度大致不能超過1m；另一方面，由于梁翼緣板厚增大，拼接螺栓增多，結果梁端至最近螺栓的距離只有500mm左右，截面受到很大削弱，對保證梁端塑性變形很不利。這樣，在大型鋼結構工程中，現(xiàn)在較多采用梁與柱的混合連接。圖1是采用箱形柱時的混合連接示意圖梁翼緣與箱形柱隔板直接焊接[7]。

日本在美國北嶺地震前不久，曾對此種連接進行了試驗研究，結果表明，梁端翼緣焊縫處的破壞幾乎都是在梁下翼緣從扇形切角工藝孔端開始的，沒有看到象在美國試驗中和地震中出現(xiàn)的沿焊縫金屬及其邊緣破壞的情況，通過試驗和版神地震觀察到的梁端工藝孔處的裂縫發(fā)展情況。

日本鋼材俱樂部研究了扇形切角工藝孔帶襯板及底部有焊縫的兩種節(jié)點試驗。

美、日兩國鋼框架在地震中的梁柱節(jié)點破壞形式是有區(qū)別的，北嶺地震中的裂縫多向柱段范圍擴展，而阪神地震中的裂縫則多向梁段范圍發(fā)展。對兩國節(jié)點破壞情況的這種差異與其與構造差異的關系，還有待進一步探討。

3．節(jié)點破壞原因與分析

北嶺地震后，美日兩國學者就節(jié)點破壞原因，通過現(xiàn)場調查、室內試驗和現(xiàn)場檢驗，進行了結構響應分析、有限元分析、斷裂力學分析等，還作了很多補充試驗，結合震前研究，對節(jié)點破壞原因提出了一些看法。首先認為節(jié)點破壞與加勁板、補強板腹板附加焊縫等的變動，并沒有什么直接關系，也并不是僅由設計或施工不良所能說明的，而是應從節(jié)點本身存在根本性缺陷方面去找原因。有以下幾方面因素，被認為是決定和和影響節(jié)點性能而導致了破壞。

3．1焊縫金屬沖擊韌性低[3]

美國北嶺地震前，焊縫多采用E70T-4或E70T-7自屏蔽藥芯焊條施焊，這種焊條提供的最小抗拉強度480MPa，恰帕沖擊韌性無規(guī)定，試驗室試件和從實際破壞的結構中取出的連接試件在室溫下的試驗表明，其沖擊韌性往往只有10-15J，這樣低的沖擊韌性使得連接很易產(chǎn)生脆性破壞，成為引發(fā)節(jié)點破壞的重要因素。在北嶺地震后不久所作的大型驗證性試驗，對焊縫進行十分仔細的操作，做到了確保焊接質量，排除了焊接操作產(chǎn)生的影響。焊縫采用E70T-4型低韌性焊條，盡管焊接操作的質量很高，連接還是出現(xiàn)了早期破壞，從而證明了焊接縫金屬沖擊韌性低,是焊接破壞的因素之一。

3．2焊縫存在的缺陷[3]

對破壞的連接所作調查表明，焊接質量往往很差，很多缺陷可以看出明顯違背了規(guī)范規(guī)定的焊接質量要求，不但焊接操作有問題，焊縫檢查也有問題。很多缺陷說明，裂縫萌生在下翼緣焊縫中腹板的焊條通過孔附近，該處的下翼緣焊縫是中斷的，使缺陷更為明顯。該部位進行超聲波檢查也比較困難，因為梁腹板妨礙探頭的設置。因此，主要的連接焊縫中由于施焊困難和探傷困難出現(xiàn)了質量極差的部位。上冀緣焊縫的施焊和探傷不存在梁腹板妨礙的問題，因此可以認為是上翼緣焊縫破壞較少的原因之一。

3．3坡口焊縫處的襯板和引弧板造成人工縫[4]

實際工程中，往往焊接后將焊接襯板留在原處，這種做法已經(jīng)表明，對連接的破壞具有重要影響。在加州大學進行的試驗表明，襯板與柱翼緣之間形成一條未熔化的垂直界面，相當于一條人工縫，在梁翼緣的拉力作用下會使該裂縫擴大，引起脆性破壞。其它人員的研究也得出相同結果。

1995年加州大學Popov等所作的試驗，再現(xiàn)了節(jié)點的脆性破壞，破裂的速度很高，事前并無延性表現(xiàn)，因此破壞是災難性的。研究指出,受拉時切口部位應力最大，破壞是三軸應力引起的，表現(xiàn)為脆性破壞，外觀無屈服。他們還通過有限元模擬計算，得出最大應力集中系數(shù)出現(xiàn)在梁緣焊接襯板連接處中部，破壞時裂縫將從應力集中系數(shù)最大的地方開始,此一結論已為試驗所證實。研究表明：大多數(shù)節(jié)點破壞都起源于下部襯板處。引弧板同樣也會引發(fā)裂縫。

3.4梁翼緣坡口焊縫出現(xiàn)的超應力[3]

北嶺地震后對震前節(jié)點進行的分析表明，當梁發(fā)展到塑性彎矩時,梁下翼緣坡口焊縫處會出現(xiàn)超高應力。超應力的出現(xiàn)因素有：當螺栓連接的腹板不足以參加彎矩傳遞時，柱翼緣受彎導致梁翼緣中段存在著較大的集中應力；在供焊條通過的焊接工藝孔處，存著附加集中應力；據(jù)觀察，有一大部分剪力實際是由翼緣焊縫傳遞，而不是象通常設計假設的那樣由腹板的連接傳遞。梁翼緣坡口焊縫的應力很高，很可能對節(jié)點破壞起了不利影響。Popov[4]采用8節(jié)點塊體單元有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，節(jié)點應力分布的最高應力點，是在梁的翼緣焊縫處和節(jié)點板域，節(jié)點板域的屈服從中心開始，然后向四周擴散。嶺前進行的大量試驗表明,當焊縫不出現(xiàn)裂紋時，節(jié)點受力情況也常常不能滿足坡口焊縫近處梁翼緣母材不出現(xiàn)超應力的要求。日本利用震前帶有工藝孔的節(jié)點，在試驗荷載下由應變儀測得的工藝孔端點翼緣內外的應變分布，應變集中傾向出現(xiàn)在翼緣外側端部，內側則在工藝孔端部，最大應變發(fā)生在工藝孔端點位置上.應變集中的原因,不僅大于工藝孔造成的不連續(xù)性，還在于工藝孔部分梁腹板負擔的一部分剪力由翼緣去承擔了，使翼緣和柱隔板上產(chǎn)生了二階彎曲應力。這些試驗與分析均指出，今后對節(jié)點性能的改進，不僅應改善焊縫，而且還應降低梁翼緣坡口焊縫處的應力水平。

3．5其它因素[3]

有很多其它因素也被認為對節(jié)點破壞產(chǎn)生潛在影響，包括：梁的屈服應力比規(guī)定的最小值高出很多；柱翼緣板在厚度方向的抗拉強度和延性不確定；柱節(jié)點域過大的剪切屈服和變形產(chǎn)生不利影響；組合樓板產(chǎn)生負面影響。這些影響因素可能還需要一定時間進行爭論,才能弄清楚。

4．改進節(jié)點設計的途徑

4．1將塑性鉸的位置外移[2][3][4]

在北嶺地震之前，美國UBC和NEHRP兩本法規(guī)對節(jié)點設計的規(guī)定，都是根據(jù)在柱面產(chǎn)生塑性鉸的假定提出的。由于在北嶺地震中發(fā)現(xiàn)梁在柱面并沒有產(chǎn)生塑性變性，卻出現(xiàn)了裂縫。切口處的破壞是由三軸應力引起的，從而導致了脆性破壞。過去采用的焊接鋼框架節(jié)點標準構造，不能提供可靠的非彈性變形。試驗表明，其節(jié)點轉動能力不超過O．005rad，大大小于SAC建議的最小塑性轉動能力0．03rad。另一方面，從受力情況看，塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近的梁上，還可能在柱翼緣的材料中引起很大的厚度方向應變，并對焊縫金屬及其周圍的熱影響區(qū)提出較高的塑性變形要求，這些情況也可能導致脆性破壞。因此，為了取得可靠的性能，最好還是將梁柱連接在構造上使塑性鉸外移。將塑性位置從柱面外移有兩種方法，一種是將節(jié)點部位局部加強，一種是在離開柱面一定距離處將梁截面局部削弱。鋼梁中的塑性鉸典型長度約為梁高的一半，當對節(jié)點局部加強時，可取塑性鉸位置為距加強部分的邊緣處梁高的1／3。節(jié)點局部加強固然也可使塑性鉸外移，但應十分注意不要因此出現(xiàn)弱柱，有背強柱弱梁的原則。

也有一部分專業(yè)技術人員認為，在構造上采取某些措施仍可使塑性鉸出現(xiàn)在柱面附近，這些措施包括限制構件的截面，控制梁柱鋼材的有關強度，使母材和焊縫金屬有足夠的沖擊韌性，在節(jié)點構件上消除缺口效應等。但是由于沒有足夠的研究來肯定這些建議，使得這種建議在美國遲遲未能落實。而將塑性鉸自柱面外移的建議，試驗已表明是可行的和行之有效的。目前，美國對節(jié)點局部加強及梁截面減弱，都已提出了若干構造方案。實際上，將梁截面減弱使塑性鉸外移的方法，早在北嶺地震以前即有學者提出過，北嶺地震后又作了研究，在技術上己較成熟[4]，從近期在美國鹽湖城建造的25層辦公樓中采用的犬骨式(dog-bone)連接，就可以看到它的構造細節(jié)。目前，美國雖未提出今后在抗震框架中推薦采用何種節(jié)點形式，但從實際情況看，上述犬骨式連接已成為主導形式[3]。因它制作方便、省工，由美國公司設計的我國天津國貿大廈鋼框架中也已采用了這種節(jié)點形式。

日本阪神地震后，沒有象美國采用將塑性鉸外移的方案。日本1996年發(fā)表的《鋼結構工程技術指針》和1997年發(fā)表的《鋼結構技術指針》JASS6等，僅提出了鋼框架梁柱連接節(jié)點的構造改進形式，對節(jié)點構造特別是扇形切角工藝孔作了不少規(guī)定，目的也是消除可能出現(xiàn)的裂縫，保證結構的非彈性變形。也就是說，日本與美國分別采用了不同的避免脆性破壞的途徑。

4.2梁冀緣焊縫襯板缺口效應的處理[11][6]

在北嶺地震前，美國鋼框架節(jié)點施工中，通常將襯板和引弧板焊接后留在原處，這種做法，如前所述存在缺口效應，會導致開裂，現(xiàn)在則在焊后將下翼緣的襯板和引弧板割除，同時對焊縫進行檢查[11]。正如前面曾指出的，在下翼緣的焊縫中部由于焊條通過切角困難，焊接和探傷操作都要被迫中斷，通常存在缺陷，割除襯板后可以目視觀察，從而減少在此部位不易查看到的裂紋。襯板和引弧板可用氣刨割除后再清根補焊，但費用較高，操作不慎還可能傷及母材。研究表明，襯板也可不去除，而將襯板底面邊緣與柱焊接，缺點是無法象去除襯板后能對焊縫進行仔細檢查。

由于上翼緣焊縫處襯板的缺口效應不嚴重，而且它對焊接和超探也沒有妨礙，出于費用考慮，割除上翼緣襯板可能不合算，如果將上翼緣襯板邊緣用焊縫封閉，試驗表明并無利影響，因此美國現(xiàn)時做法是上翼緣襯板仍然保留并用焊縫封口。

坡口焊縫的引弧板，在上下翼緣處通常都切除，因為引弧和滅弧處通常都有很多缺用氣切切除后還需打磨，才能消除潛在的裂縫源。

在消除襯板的缺口效應方面，日本是非常重視的。在阪神地震后發(fā)表的技術規(guī)定中,對采用H型鋼梁、組合梁，以及采用組合梁時梁預先焊接或與襯板同時裝配，不論是否切角，均采用襯板，對其構造包括引弧板，分別作了詳細規(guī)定。

4．3扇形切角構造的改進[8][9]

在日本阪神大地震中，由于扇形切角工藝孔的端部起點存在產(chǎn)生裂縫的危險，是否設置形切角以及如何設置，已成為關系到抗震安全的一項重要問題。日本震后發(fā)表的技術規(guī)范中，對扇形切角的設置也提出一系列規(guī)定，包括不開扇形切角和開扇形切角兩大類，并規(guī)定扇形切角可采用不同形狀；對于柱貫通形和梁貫通形節(jié)點分別規(guī)定了不同的構造形式。柱貫通型節(jié)點的扇形切角形式有兩種，其特點是將扇形切角端部與梁翼緣連接處圓弧半徑減小，以便減少應力集中。日本早就研究不設扇形切角以提高梁變形能力的方案，在最近公布的技術規(guī)定中，根據(jù)目前的焊接技術水平已將此種方案付諸實施[8][9]。

4．4選用有較高沖擊韌性的焊縫[2][6]

如前所述，焊縫沖擊韌性不足會引起節(jié)點破壞。那么焊縫究竟要有多大的沖擊韌性才能防止裂紋出現(xiàn)呢?美國提出，焊縫的恰帕沖擊韌性(CVN)最小值取-29℃時27J(相當于-200F時20ft-1bs)是合適的，可以發(fā)展成為事實上的標準。在最近美國的實際工程中，采用E71T-8型和E70TG-K2型焊條的普通手工焊電弧焊已表明焊縫最小沖擊韌性可滿足上述要求，而采用E7018型藥芯焊條的'貼緊焊'焊縫沖擊韌性值更高，但都必須按AWS規(guī)定的焊接和探傷方法操作。

4．5將梁腹板與柱焊接[3]

美國SAC在采用犬骨式連接時建議：將以往的腹板栓接改為焊接，用全熔透坡口焊縫將梁腹板直接焊在柱上或通過較厚連接板焊接。在北嶺地震前，就已有很多研究指出腹板焊接比栓接性能好，它能更好地傳力，從而減小梁冀緣和翼緣坡口焊縫的應力。日本在阪神地震前的研究也已指出，梁端腹板用高強度螺栓連接時，與焊接相比抗彎能力變小，塑性變形能力有明顯差異，但在日本新規(guī)定中尚未看到與美國提出的相類似的要求。

5.美、日節(jié)點構造的比較、根據(jù)美、日鋼框架梁-柱節(jié)點構造及震后的改進情況，可以看到下列差異：

1)美國認為梁端不能產(chǎn)生塑性變形，采取了將塑性鉸外移的基本對策，提出將節(jié)點局部加強或將梁局部削弱的方法，雖然目前尚無定論，但從實際發(fā)展情況看，因削弱梁截面的方法省工、效果好，已在某些工程中采用。但日本卻沒有采用將塑性鉸外移的方法，而是采取在原構造的基礎上消除裂縫的病灶的方法。

2)兩國都注意到了梁翼緣坡口焊縫的焊接襯板邊緣存在的缺口效應所帶來的嚴重后果，在北嶺地震和阪神地震后都采取了相應對策。美國SAC建議，下翼緣焊縫的襯板宜割除，然后清根補焊；考慮上翼緣焊縫缺陷一般較少，受力條件較有利以及費用等原因，可對襯邊緣用焊縫封閉。而日本則對H型鋼梁和焊接組合梁(包括梁先焊好和梁與襯板同時裝配兩種情況)以及節(jié)點為柱貫通型或梁貫通型時襯板的設置，作了詳細規(guī)定。

3)美國在梁腹板端部襯板通過處采用矩形切角(端部呈半圓形)，而不象日本采用圓弧形切角，由于腹板受彎矩較大時將連接板與腹板焊接，從有關震害情況報導看，沒有發(fā)現(xiàn)這種形式的切角引發(fā)多少裂縫。日本為消除梁端扇形切角端部的應力集中，作出一系列規(guī)定，包括不作扇形切角、梁腹板用直線切剖不設扇形切角的方法以及允許采用不同形式的切角等，如在與梁翼緣連接處將曲率半徑變小和采用類似美國采用的切角形式。

4)美日兩國都規(guī)定，節(jié)點按翼緣連接受彎矩和腹板連接受剪力的要求設計。美國附加規(guī)定了當梁翼緣的受彎承載力小于截面受彎承載力的70％或梁腹板受彎承載力大于截面受彎承載力的30％時，在柱連接板角部應將梁腹板與連接板焊接。日本過去在梁端混合連接中，采用彎矩由翼緣連接承受，剪力由腹板連接承受的設計方法，螺栓一般配置一列。在94年的文獻[5]中指出，"現(xiàn)在該處的連接必需滿足保有耐力連接的條件，考慮腹板高強螺栓連接也要部分地承受彎矩，要求布置2列到3列，與以前的連接相比，抗彎承載力儲備提高了，這是結構設計上的一個特點。"這些都是北嶺和阪神地震前的情況，震后基本上沒有改變。只是北嶺地震后，美國建議將梁腹板直接與柱焊接或與連接板焊接，以便減小梁翼緣焊縫處的焊縫應力，日本則尚無此規(guī)定。

5)與梁翼緣對應位置的柱加勁肋(美國叫做連續(xù)板)，日本一貫規(guī)定應比對應的梁翼緣厚度大一級，認為這是關鍵部位，為此多用一點材料是很值得的。美國