第一章 绪论
1.1 管桁结构及其连接节点
1.1.1 管桁结构
1．概述
管桁结构也称为钢管桁架结构、管桁架或管结构，是由管状截面构件连接组成的钢结构形式[1]。这一形式起初用于海上平台结构，1947年在墨西哥湾建成了世界上第一个现代化的海洋平台，当时工程师对焊接钢管节点的性能几乎一无所知，然而正是第一个海洋平台的建成，人们才开始认识到钢管作为结构构件的优越性。从此，管桁结构在美国、加拿大、欧洲、日本以及世界各地得到了很大发展，并逐步由最初的单一应用于海洋工程结构发展到后来广泛应用于建筑结构。1962年国际钢管结构开发委员会成立，该组织的成立促进了世界各国对钢管结构的研究。1972年美国焊接协会(AWA)将钢管结构设计纳入它的结构焊接规范中。从20世纪70年代起，钢管结构的研究发展较快，很多研究成果已经成功用于工程实践中，并相继纳入国际技术文件或规范中，在更大范围内推广了钢管结构的应用[2]。
图1—1风中芦苇
图1—2雨中翠竹
其实在大千世界中，自然的造化给人们诸多启示。像风中的芦苇、雨中的翠竹等(如图1－1~图1－2)，均显示出管状结构在受压、受扭以及多方向受弯的卓越的力 学 性能[3]。这种结构形式能将人们对建筑物功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合起来，得到越来越多设计师的青睐。
(1)管桁结构的应用
海洋结构 —— 海洋平台(图1－3)。
建筑工程 —— 体育馆、机场航站楼、会议中心等大型公共建筑(图1－4~ 图1－5)。
图1—3海上钻井平台
图1—4日本大阪的Kansai机场屋盖
图1—5新广州火车站钢管结构屋盖
机械工程 —— 机械臂、起重设备、脚手架、游乐设施等(图1－6)。
航空航天 —— 各类航天器采用的桁架结构(射天望远镜、发射塔架等)(图1－7~ 图1－8)。
图1—6游乐场过山车轨道桁架
图1—7射天望远镜（FAST）骨架
电力通信工程 —— 电视塔、电力输送塔等(图1－9)。
交通工程 —— 信号支架、桥梁等(图1－10~ 图1－11)。
农业工程 —— 农业机械、日光温 室、喷 灌 系 统 等 (图1－12)。
水利工程 —— 堤坝、船闸等(图1－13~ 图1－14)
(2)管桁结构在土木工程领域的优越性
优美的视觉效果：节点外观简洁明快，没有外凸的节点零件；以自身结构的优美，实现建筑师的艺术设想。
图1—8火箭发射塔架
图1—9嘉峪关“碧海明珠”气象塔
图1—10重庆朝天门长江大桥
图1—11公园景观桁架桥
图1—12农业机械
图1—13荷兰Eastern Scheldt的堤坝
图1—14荷兰Hook of Holland防风浪堤坝
(注：图片选自网络及CIDECT专业网站等，在此对摄影作者表示衷心感谢)
优良的经济性能：随着多维数控切割技术的发展，使得管结构连接节点的加工变得简单，加工精度及效率均得到了提高；CHS较高的强度与较大的截面惯性半径可提供优良的柱特性并减轻结构的自重，从而进一步减少运输与安装费用；管截面为封闭截面，耐腐蚀性能好，节省防腐涂料，便于维护；在洁净车间，CHS结构容易除尘；钢管内部空间可以提供多个用途，如填充混凝土提高承载力同时也提供了防火保护。此外，取暖和通风有时也利用柱子钢管。
卓越的力学性能：由于管截面材料绕中和轴均匀分布，这样截面抗压和抗弯扭承载能力优越，各向等强使杆件不存在薄弱方向，有利于杆件的稳定计算；杆件和节点设计的独立性减小；CHS结构在风和水的作用下，具有较低的阻力系数，从而减少了动荷载(如图1－15)。
图1—15开口截面和封闭管截面的风流比较
(3)钢管结构的局限性及其表现
① 钢管相贯节点的放样与加工复杂：由于相贯坡口是渐变的相贯曲线，采用手工切割难以达到设计要求，因此加工对机械的精度要求高，要求管桁架加工单位具有六维数控切割机床。对于技术工人，要有一定的机电一体化的知识背景，具备将CAD设计图纸输入数控加工设备的能力，并能熟练操作数控设备。
② 拼装及焊接量大：钢管结构杆件，一般都是散件由工厂运到工地进行拼装。焊接量大，需要控制焊接收缩变形量，焊接质量要求较高。
③ 跟网架结构相比其用钢量大：为了创造优美的视觉效果，管桁结构的弦杆方向钢管外径一般是一致的，对于杆件承受不同内力时通常采用相同的管外径和不同壁厚。若壁厚变化太多，管桁杆件间的拼装量就会增大，从而不能充分发挥钢材的强度，增加了用钢量。
2．管桁结构的形式与分类
(1)基本形式
管桁结构以桁架结构为基础，其结构形式基本与桁架形式相同，根据使用用途的不同管桁外形也有所不同。建筑工程方面的桁架结构体系，大部分为屋盖围护体系，按其外形及腹杆形式的不同，桁架基本形式如图1－16所示[1]。对于复杂建筑体系，桁架结构能很好地适用建筑师的创意，营造出优美的建筑外形，结构形式各具特色。
图1—16桁架形式
(2)管桁结构的分类
① 按照杆件的不同布置及受力特性分为平面管桁结构和空间管桁结构。
平面管桁结构：平面管桁结构的上、下主管和支管都在同一平面内，管桁结构刚度在平面外比较差，通常利用侧向支撑保证结构的侧向稳定。
常见的平面管桁结构的形式有华伦(Warren)式桁架、普希(Pratt)式桁架、芬克(Fink)式桁架和拱形桁架，及其他各种演变形式的桁架，如带交叉支杆的桁架(Truss with cross braces)，图1－17为各类桁架的形式[3][4]。
图1—17各种桁架类型
在管桁结构中，一般采用Warren桁架和Pratt桁架形式。最经济布置一般是带有K型节点的Warren桁架，与采用N型节点的Pratt桁架相比，Warren桁架只有它一半数量的支管与节点，且支管下料长度统一，这样可极大地节约材料，提高工效。当建筑功能或使用功能要求，不容许布置支撑斜杆时的情况多采用空腹桁架(Vierendeel truss)。
空间管桁结构：与平面管桁结构相比较，空间管桁结构提高了扭转刚度和侧向稳定性，这样可以减少侧向支撑构件，尤其是对于小跨度结构可以不布置侧向支撑。空间管桁结构通常为三角形截面，其截面形式有正三角形和倒三角形两种。正三角形管桁架的主要优点是上弦是一根杆件，檩条和天窗架支柱与上弦的连接相对简单，屋架及输管栈道多用此种截面形式；倒三角形桁架截面，通常上弦是受压构件，这样，上弦的两根杆件增强了结构的稳定性，上弦受压容易失稳，下弦受拉不存在稳定问题，所以倒三角形截面形式是一种比较合理的截面形式。这种截面形式，由两根上弦杆通过斜腹杆与下弦杆连接后，再在节点处设置水平连杆，而且支座支点多在上弦处，从而构成了上弦侧向刚度较大的屋架。另外，这种形式的两根上弦贴靠屋面，下弦只有一根杆件，给人以轻巧的感觉。除此之外，这种倒三角形截面形式也会减少檩条的跨度。因此，实际工程中大量采用的是倒三角形截面形式的桁架(图1－18)。
图1—18 KK节点在空间桁架中的位置
②按连接构件的截面形式不同分为C-C型管桁架、R-R型管桁架和R-C型管桁架。
C-C型管桁架：主管和支管均为圆管相贯连接的桁架结构。
C-C型桁架是目前国内运用最为广泛的一种，一方面因为圆管出现及对其研究比较早，运用比较成熟，20世纪50年代美国就开始进行管节点的研究，从60年代起管节点的研究在许多国家广泛开展，60年代末、70年代初一些规范开始纳入圆管节点的设计规定。除了具有空心管材普遍的优点外，圆钢管与其他截面管材相比具有较高的惯性半径及有效的抗扭截面。圆管相交的节点相贯线为空间的马鞍形曲线，设计、加工、放样比较复杂，但是钢管相贯自动切割机的发明使用，促进了管桁结构的发展应用。
R-R型管桁架：主管和支管均为方钢管或矩形管相贯连接的桁架结构。
方钢管和矩形钢管用作抗压、抗扭构件有突出的优点，用其直接焊接组成的方管桁架具有节点形式简单、外形美观的优点，在国外得以广泛的应用。目前，在国内的吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪艺术展览馆、上海“东方明珠”电视塔等项目上进行了应用。我国2017版钢结构设计标准中首次增加了对矩形管的设计公式，这将进一步推进管桁结构的应用[2]。
R-C型管桁架：矩形截面主管与圆形截面支管直接相贯焊接的桁架结构。
由圆管与矩形管杂交形成的管节点桁架，其造型新颖，能充分利用圆形截面管作轴心受力构件，矩形截面管作压弯和拉压构件。矩形管与圆管相交的节点相贯线均为椭圆曲线，比圆管相贯的空间曲线易于设计和施工。
③ 按桁架的外形不同分为直线型桁架结构与曲线型桁架结构。
平板型屋架一般多采用直线型桁架结构形式。为了满足空间造型的多样性，各种曲线形状管桁结构层出不穷，从而丰富了结构的立体效果。对于曲线型管桁结构，主管一般用弯管机将钢管弯成曲管，增强了建筑的视觉效果。
3．管桁结构分析模型
管桁结构的分析模型主要与节点刚度有关，根据节点刚度大小不同及杆端弯矩情况有三种分析模型[5]－[8]。
铰接模型：假定管桁结构的杆件均为铰接连接。在进行静力分析时，管桁结构中的相贯节点一般按全铰接模型考虑，原因是杆件的细长使得节点处的次弯矩较小。(如图1－19a)
刚接模型：假定所有的杆件均为刚接，杆件均按梁单元考虑。该模型能够同时反映由于节点刚度、偏心及杆件上横向荷载对弯矩产生的影响。在海洋平台设计中，相贯节点按刚节点处理，原因是主、次管几何尺寸相差较小导致端部约束较大。(如图1－19b)
半刚接模型：假定主管为刚接梁单元，支管与主管间为铰接，支管只承受轴力。该模型的优点是，如果需要在主管设计中计入弯矩，整个桁架的弯矩分布则可以通过此模型进行分析而得出。该模型可以应用于弦杆塑性设计中(图1－19c)。
文献[8]对三种计算模型进行了试验值与理论分析值的比较，表明试件更接近刚性节点模型。
图1—19管桁结构分析模型
1.1.2 连接节点的基本特征
1．连接节点的分类
管桁结构的连接节点，一般都是支管与主管相贯焊接而成。这种连接节点称为相贯节点，又被称为直接焊接节点或无加劲节点或简单节点。管件之间的交线为相贯线。
相贯节点是管桁结构的关键部位和罕遇地震下产生能量耗散的部位，节点的破坏往往导致与之相连的若干杆件的失效，从而是整个结构破坏。因此，只有了解相贯节点在低周往复荷载作用下的滞回性能才能正确评价管结构抗震能力，同时才能保证管桁结构设计的可靠性[9]。
(1)弦杆、腹杆及支杆
弦杆 —— 在节点处连续贯通的管件。GB50017-2017[10] 称为主管(chord member)。
腹杆——在节点处断开并相贯焊接于弦杆上的管件。GB50017-2017中称为支管(bracing member)。
支杆 —— 空间节点中非主要承重面的杆件称为支杆以区别于腹杆。
(2)相贯节点的类型
表1－1为相贯节点的分类，表1－2为圆钢管相贯节点的基本型式，图1－20为间隙节点与搭接节点的定义[3]，图1－21为节点的不同偏心示意。
表1－1 相贯节点的类型划分
表1－2 相贯节点基本型式示意
图1—20节点间隙与搭接之定义
图1—21 K节点的偏心
2．相贯节点的加工及拼装
(1)支管端部相贯线坡口加工
目前，国内大型的钢结构生产厂家对管结构支管端相贯线坡口的加工采用六轴联运数控相贯线切割机进行加工[11]，保证了相贯口的切割质量。
最早国内相贯线加工采用人工1∶1放样的办法手工切割相贯线，此方法精度控制差，工效低。用数控相贯线切割机，通过输入参数的方法切割相贯线坡口已成为主流，但如果只靠手工输入参数，则机器的效率不能得到充分利用。目前的六轴联运数控相贯线切割机，贯通了钢管结构CAD和数控切割机之间的信息流，使CAD的数据直接为数控切割机所用，缩短了工期，提高管理水平，加工出符合设计要求的管件相贯线。复杂的钢管桁架结构一般采用国外成熟的三维CAD软件，如SOLIDWORK, INVENTOR等，有些简单的结构件不少厂家仍喜欢用AUTOCAD。要将CAD的钢管结构设计变成实际工程有许多工作要做，通常的做法：将三维CAD的钢管结构设计图转换成二维的标准三视图输出，然后由专业工程师分解二维图纸，计算出每根钢管的相贯关系，并编制出相应的工艺文件提交给加工部门制作。一个钢管结构工程往往由成千上万根钢管组成，错综复杂的相关关系使每根钢管的相贯线数据都不完全一样，工作量非常巨大，而且容易出错。
随着数控技术的发展与计算机技术的广泛应用，数控相贯线切割机生产厂家开发的配套软件也越来越先进，与数控切割机配套的软件可将上述过程全部转由计算机承担。对于三维的CAD设计，软件可自动地从管桁结构的图形文件中提取钢管相贯数据，并对数据进行综合分析和处理，建立管桁结构相贯数据库，输出“相贯钢管信息列表”和“基本节点数汇总表”。对于用AUTOCAD做的设计，软件可提取每根钢管的空间坐标位置，并自动生成三维实体图，同时组建相贯数据库。由计算机代替人工，使工作效率有了质的飞跃。在软件中有一个图表对照的基本画面。看图能查到表的信息，查表能看到图中的实体，钢管的相贯关系，一目了然。软件最终可生成相贯线切割文件，该切割文件可通过网络，移动U盘输入切割机，操作工只需输入管件号就能指令机器实施切割。所以相贯口的加工质量与精度基本能够保证。图1－22为六轴联运数控相贯线切割机的加工过程，图1－23为加工后的成品构件。
图1—22相贯口加工
图1—23相贯口形式
(2)相贯接头连接焊缝计算及焊接要求[2]
① 相贯节点焊缝连接形式
相贯节点处的相贯线是不断变化的空间曲线，因此同一相贯口的坡口、空隙也随之变化，相贯口的相贯焊缝的形式也在变化，按相贯焊缝质量等级的不同，将相贯焊缝分为A区(趾部)、B区(边部)、C区(根部)三个区域(如图1－24)[1]。一般支管的壁厚不大，其与主管的连接宜采用全周角焊缝。当支管壁厚较大时(6mm)，宜沿支管周边部分采用角焊缝、部分采用对接焊缝。具体来说，凡支管外壁与主管外壁之间的夹角α≥120°的区域宜采用对接焊缝或带坡口的角焊缝，其余区域可采用角焊缝。由于全部采用对接焊缝在某些部位施焊困难，故不予推荐。
图1—24相贯线焊缝位置分区
当A、B、C各区均采用角焊缝时，其形式如图1－25所示；当A、B两区采用对接焊缝而C区采用角焊缝(因C区管壁交角小，采用对接焊缝不易施焊)时，其形式如图1－26所示。各种焊缝均宜切坡口，坡口形式随支管壁厚、管端焊缝位置而异。当支管壁厚小于6mm时，可不切坡口[2]。
② 角焊缝的焊角尺寸及计算厚度
1)角焊缝的焊脚尺寸
角焊缝的焊脚尺寸，若按普通钢结构焊缝最大焊脚尺寸的规定应不大于1.2t。但对钢管结构应予放宽。因为焊脚尺寸较小时，受拉支管将会由于焊缝不足而需加大壁厚，使钢材用量增加，失去直接焊接钢管结构的优势。为确保焊缝承载力大于或等于节点承载力，现行钢结构设计规范根据实践经验并参考国内外有关研究成果，将角焊缝的最大焊脚尺寸放宽到可等于支管壁厚的2倍，即支管与主管连接的焊脚尺寸Af＜2ta。一般支管的壁厚较小，且属单面施焊，管件端部焊接后的收缩应力不大，只要焊接工艺合理，就不会严生过大的残余应力和“过烧”现象。
图1—25 A、B、C区均为角焊缝的形式
图1—26部分为对接焊缝部分为角焊缝的形式
2)焊缝的计算厚度
由于圆管结构支管与主管间连接焊缝相贯线焊脚边的夹角是变化的，因而其圾口角度、焊根间隙等都是变化的。对接焊缝的焊根又不能清渣及补焊，因此焊缝的计算厚度沿支管周长实际是变化的，若要精确计算比较复杂。为方便计算，支管与主管的连接焊缝不论采用角焊缝、对接焊缝或带坡口的角焊缝，都可视为全周角焊缝按正面角焊缝公式进行计算。
焊缝的有效厚度he沿长度也是变化的。设第Δli段的有效厚度为：
式中：αi为第Δli段中点处，支管外壁切平面与主管外壁切平面的夹角。
沿焊缝长度，有效厚度的平均值为
C为平均值系数，其值与di/d和θ有关。经计算分析，当支管轴线与主管轴线夹角θ＜60°时，C值均大于0.7；当θ＞60°时，C值一般小于0.7，最低为0.6079。考虑到θ＞60°的情况，焊缝已有正面角焊缝的性质，若考虑正面角焊缝强度的提高系数βf或βfθ，则平均C值均略大于0.7。因此当支管轴心受力时，圆管端部焊缝有效厚度的平均值可取为0.7hf。
焊缝连接强度的计算方法与普通角焊缝相同，但应取正面角焊缝强度增大系数βf＝1。
经过计算分析，当采用的角焊缝焊脚尺hf满足下式的要求时，可认为与基本金属等强。
③ 焊缝的计算长度
1)圆管结构的焊缝计算长度
对于圆管结构，支管端部焊缝的长度实际上是支管与主管的相交线长度。因主、支管均为圆管的节点焊缝传力较为均匀，焊缝的计算长度可取为相交线长度，该相交线是一条空间曲线。若将曲线按其对称性质分为2n段，微小段取空间折线代替空间曲线。则焊缝的计算长度为：
ks称为相交线率，它是支管直径ds与主管直径d之比和夹角θ的函数
式中：θ为支管轴线与主管轴线的夹角，φ为相交线的平面角
用数学方法求出ks后，再经回归分析，同时考虑到焊缝传力时的不均匀性，取焊缝的计算长度lw均不大于相交线长度。得到圆管结构焊缝计算长度lw的简化计算公式为：
当di/d≤0.65时
当di/d＞0.65时
式中：d、di为主管和支管外径；θi为支管轴线与主管轴线的夹角。
2)矩形管节点的焊缝计算长度
矩形管节点支管与主管的相交线是直线，计算方便，但对于有间隙的K形和N形节点，当支管与主管轴线的夹角θi较大(≤6 0°)时，支管截面中垂直于主管轴线的侧边受力是不均匀的，靠近主管侧壁的部分，支承刚度较大，受力较大，远离主管侧壁部分，支承刚度较小，受力也较小。但当θi角较小(≤5 0°)时，主管对支管截面各部分的支承刚度比较均匀，可认为相贯线全长参加工作。因此连接焊缝的计算长度可根据支管与主管轴线间夹角θ大小，分别按下式计算：
当5 0°＜θi＜6 0°时，可按插值法确定。
对于T形、Y形和X形节点，偏于安全计算，不考虑支管宽度方向的两个边参加传力，焊缝计算长度可取：
式(1－8)(1－9)(1－10)中的hi、bi分别为支管的截面高度和宽度。
当为搭接的K形和N形节点时，应考虑搭接部分的支管之间，其连接焊缝能可靠地传递内力，与管之间的连接焊缝可根据实际情况确定。
当支管为圆管、主管为矩形管时，焊缝计算长度取为支管与主管的相交线长度减去di。
④ 相贯节点焊接方法
电弧焊基本上是所有的管桁结构接头的主要焊接方法。一般管桁结构的连接接头在工厂进行加工，然后散件运到工地进行拼装，所以现场手工电弧焊(SMAW)是基本的焊接方法。一个优质的焊接接头除了考虑主体金属、接头形状、焊接过程、焊接位置、焊条、保护气体、焊药、坡口角度、根部间隙、根部表面、电压、电流、焊接速度、可能的预加热与焊后保温、焊接次数及装配公差等外，还得加强管理，注重焊工的素质。由于相贯线焊缝属于6G(全方位)焊接，需要经过专门培训的焊工。施焊焊工应持有行业指定部门颁发的焊工合格证书，严格持证上岗从事与其证书等级相应的焊接工作；持证焊工无论其何种原因，如中断焊接操作连续时间超过半年者，该焊工再上岗前应重新进行资格考试[12]－[13]。
⑤ 节点处连接焊缝损伤
管桁结构直接焊接搭接型相贯节点中，荷载经焊缝在节点处传递，焊缝材料性能将影响节点抗震等力学性能。图1－27为连接节点处焊缝常见形式，存在对接焊缝和角焊缝，支管搭接部分与主管连接处隐藏焊缝存在焊与不焊两种情况，图1－27a、b中标明了隐藏焊缝位置。隐藏焊缝往往会给焊接施工带来一定困难，若不焊会对节点承载力造成一定影响，相关研究[14]通过对隐藏焊缝不焊节点进行加强取得了一定成果，并可进一步对焊缝材料性能进行研究，为改进焊缝连接可靠性做好理论储备。
图1—27管桁结构节点处焊缝
损伤指由于变形体内部细观结构的缺陷引起的结构和材料性能发生劣化的程。宏观连续介质理论认为损伤是微细结构状态的一种不可逆的、耗能的演变过程[15]。受焊接过程的影响，焊缝处不可避免存在许多微孔洞、微裂纹等缺陷，使得其材料性能发生了劣化，与母材相比，发生了更为严重的微观损伤。在循环荷载作用下(如地震荷载)，微缺陷不断扩展，材料性能进一步逐渐发生劣化，每一周循环荷载作用下的损伤不断累积，最终导致了材料的破坏。尤其受到大于屈服强度的荷载时，材料产生不可恢复塑性变形，不断发生塑性应变累积，刚度变化，循环滞回环能量耗散累积，最终焊材的破坏是损伤不断累积的结果。
钢管桁架结构直接焊接节点的连接方式中常见对接焊缝和角焊缝。焊缝间钢管截面形式多样，相贯连接方式复杂，支主管厚度存在差异，焊缝连接形式、焊缝质量、焊材及热影响区材料性能直接影响节点力学性能，尤其是在承受地震荷载时。对接焊缝连接时两端构件位于同一平面，由于传力较为均匀和平缓，应力集中现象不明显。而相比之下，角焊缝连接构造相对复杂，传力不够均匀，焊缝间易产生间隙，导致应力集中现象明显，当用于承受动力荷载的结构时会对构件疲劳强度产生影响[16]。图1－28为焊接过程中产生于焊缝金属或附近热影响区钢材表面或内部常见的焊缝缺陷，通常有裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未熔合、未焊透等，裂纹是焊缝连接中最危险的缺陷。
图1—28常见焊缝缺陷
(3)相贯节点的拼装
构成管桁结构的主、次杆件，一般都是工厂加工成型，然后散件运抵现场进行拼装。结构拼装的焊接顺序不但影响结构的安全性，也影响着建造成本。
管桁结构在拼装时，先在拼装胎架上将所有的杆件进行点焊定位，然后通过对称焊接等方法对所有的相贯线焊缝进行焊接，这是一种施工中经常采用的经济效益好的拼装方法(图1－29)。从管桁结构连接节点的制造成本可以看出，间隙节点最低，然后是完全搭接节点，部分搭接接头的成本最高。从节点的受力性能进行分析，与间隙节点相比，搭接节点具有较高的静力强度与疲劳强度，但搭接节点成本较高，尤其是当搭接节点的隐藏焊缝需要焊接时，先点焊定位拼装的办法几乎是行不通的，即使要实现的话，施工成本会节节攀升。对于土木工程中的管桁结构，搭接节点的搭接率尽量降低，在保证结构安全性能的前提下，隐藏焊缝尽量不焊接，从而加快施工进度，提高结构的使用效率。这也是本次研究的初衷。
图1—29管桁结构的现场拼装
3.K型、KK型圆钢管搭接节点主要性能参数
影响搭接节点承载力及滞回性能的几何参数主要有主管外径d，主管厚度t，支管外径d 1，支管厚度t1，搭接率Ov，主、支管夹角θ。图1－30、图1－31为K型及KK型搭接节点的参数标注示意[17]。为了便于研究，一般采用以下无量纲几何参数[18]：
图1—30 K型搭接节点基本构造
β(＝d1/d)—— 支、主管管径比(也称荷载传递因子)，反映载荷传递和应力分布。
γ(＝d/2t或d1/2t1)—— 径厚比，反映主管(或支管)径向刚度。
τ(＝t1/t)—— 支主管厚度比，反映支管与主管相对弯曲刚度。
可以看出，直接相贯连接的管桁结构与采用其他节点形式的钢管结构相比，一个显著的区别在于杆件和节点设计的独立性减小，在决定了杆件材料与几何特性的同时也决定了节点的工作性能。合理的节点设计应该是寻求杆件和节点力学性能的最佳结合点。
图1—31 KK型钢管节点基本构造