摘要：在现代建筑物中，钢结构建筑以其良好的应用优势越来越受到广泛应用。很多工程实践和地震灾害表明，在钢结构建筑结构中梁柱结合部位易形成塑性铰，可以有效吸收和耗散能量，从而使建筑结构满足抗震设防的要求。传统钢结构连接节点为刚性连接，构件多呈现脆性破坏，导致建筑钢框架出现断裂或倒塌。随着钢框架新型延性节点的研究发展，研究学者们提出了许多具有良好抗震性能的梁柱延性连接类型节点，并对其耗能性能进行了研究，解决了传统节点脆性破坏的问题。

中图分类号：TU  文献标识码：A  文章编号：（2020）-04-277

1.引言

随着工业化和现代化进程的加快，环境问题日益严重，建筑在中国，最为常见的建筑形式为混凝土和砖混结构，在建筑材料的加工及施工过程会对生态环境产生巨大的破坏，产生大量的建筑垃圾难以处理[1-2]。

发展绿色环保和可持续的建筑材料可以最大限度的解决这一难题。国内外有很多学者对木结构[3]、竹结构[4]、夯土结构[5]和钢结构等建筑形式进行了研究。木和竹材料属于可再生能源，在废弃后可以自然降解。夯土和钢材在建筑中可以重复使用，对环境的影响较小。由于夯土存在强度低和易开裂等问题，还未找到较为可行的解决方案。木材和竹材的变形性能较好，强度却远不及钢结构，不适用于高楼层房屋的受力构件[3-4]。由于钢结构具有施工速度快、造型美观、抗震性能优异和节能环保等诸多优势，已经成为大型公共建筑、高层和超高层建筑、工业建筑的主要建筑结构形式。

2005年至2015年，全球钢铁需求从10.46亿吨增加到了15亿吨。除了2009年全球金融危机期间的下降，全球钢铁的需求量是逐渐递增的。虽然在2009年钢铁的产量有所下降，但在2010年出现了大幅增长。2005年至2015年，炼钢产能增加了71.8%。亚洲和大洋洲等地区的钢铁产量与其他地区相比最高。在非洲、北美和中东地区的钢材使用率较高。在钢铁生产国中，中国的产量位居世界前列，在2005年钢铁产量为80380万吨。在终端用户市场中，全球一半的钢铁用于基础设施行业，包括建筑行业以及铁路和桥梁。

由于近年来国家大力发展钢结构，每年在建或筹建的高层、超高层钢结构建筑物随着城市建设不断发展的需要而多达数百栋，但目前在建和已建的高层、超高层钢结构建筑物梁柱节点仍采用传统的节点连接形式为主。钢结构梁柱连接在结构中有非常重要的作用。连接节点的力学性能会影响到结构的整体性能，如结构变形特征、结构内力分布等等。在建筑结构正常使用状态下，钢结构梁柱节点将梁和柱连成整体结构，以有效承担结构的重力和风荷载等外部荷载。

2.传统钢结构节点

传统钢结构梁柱连接节点根据受力变形特点可以划分为三类：刚性连接、铰支连接、半刚性连接。其中铰支连接构造较为简单，但其刚度较低，对结构的变形不利，故仅适用于次要构件的连接。半刚性连接虽然具有较好的综合经济指标，但对结构的变形和承载力均有一定的不利影响，仅适用于单层门式钢架或低层框架结构的连接。刚性连接具有较大的连接刚度、较高的承载能力、良好的受力性能，但节点加工制作的工艺要求较高。因此，对于多、高层钢结构建筑的梁柱连接大多采用刚性连接形式，传统的梁柱刚性连接以全焊接节点、栓焊混合节点、全栓节点为主要构造形式。相关的连接形式以及计算方法在我国现行《GB50017-2017 钢结构设计标准》中也都有列出。

在1994年美国的北岭地震和日本阪神地震前，大量应用于多、高层钢结构建筑体系中。人们在当时普遍认为这种按照钢结构抗震设计的框架是基于材料的延性特点，可以有效的保证结构产生塑性变形且在梁内而不是在柱内产生塑性铰，从而达到提高塑性区域的形成和转动耗散地震输入结构的能量的抗震目标，使节点免于发生破坏，以保证结构的整体性而免于倒塌，实现“强柱弱梁”的抗震设计思想。但是，从美国北岭和日本阪神地震中看出，钢结构建筑体系中的传统梁柱刚性节点并未达到人们对延性的设计期望，造成了建筑结构节点大量的脆性破坏，导致钢框结构出现断裂和倒塌，造成了巨大的经济损失。

为解决传统钢框架结构体系中存在的梁柱连接节点的脆性破坏问题，各国学者开始针对梁柱连接节点的抗震性能以及延性设计开展了大量相关的理论和实验研究。基于强柱弱梁的设计思想，研究学者们发现节点更强的试件具有更好的抗震性能。研究得出，塑性铰外移是解决钢框架连接抗震性能问题的基本途径。目前，实现塑性铰外移的方法主要通过对钢梁截面进行削弱或加强，形成一种新型抗震节点，使塑性铰的形成在梁截面的削弱或加强处而避免节点过早出现脆性破坏，以达到延性设计的目标，即削弱型和加强型节点。当前相关新型抗震节点研究虽然可有效实现塑性铰外移并达到保护梁柱节点的目的，但仍存在难以控制耗能和震后不可修复的缺陷。

3.总结

很多工程实践和地震灾害表明，在钢结构建筑结构中起到重要作用的是梁柱结合部位，在遭遇强震时，形成塑性铰有效的吸收和耗散能量，使建筑结构满足大震不倒、中震可修的抗震设防要求。因此，为了使塑性铰外移，学者们设计出了削弱型和加强型抗震节点，达到了延性设计的目标。

参考文献

[1]徐伟，刘姗姗.绿色钢结构住宅增量成本与效益研究[J].建筑钢结构进展，2018，20（01）：119-124.

[2]郝际平，孙晓岭，薛强，樊春雷.绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用[J].工程力学，2017，34（01）：1-13.

[3]James J. Willacker， Collin A. Eagles-Smith， Brandon M. Kowalski， Robert J. Danehy， Allyson K. Jackson，Evan M. Adams，David C. Evers， Chris S. Eckley， Michael T. Tate，David P. Krabbenhoft. Timber harvest alters mercury bioaccumulation and food web structure in headwater streams[J]. Environmental Pollution，2019，253.

[4]Qi Xuemin， Chu Jie， Jia Liangliang， Kumar Anuj. Influence of Different Pretreatments on the Structure and Hydrolysis Behavior of Bamboo： A Comparative Study. [J]. Materials （Basel， Switzerland）， 2019，12（16）.

[5]Reddy B V V ， Latha M S . Influence of soil grading on the characteristics of cement stabilised soil compacts[J]. Materials and Structures， 2014， 47（10）：1633-1645.

作者单位：西安建筑科技大学