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钢结构构件连接对象的原型与连接的分类
发布时间:2017/1/19 11:10:40      点击次数:338

  钢结构建筑的结构构件包括杆件与索两种基本类型,由此产生的连接方式可分作索与索的连接,杆件与杆件的连接,索与杆件的连接。无论平面结构或是空间结构,由于构件单体的线性特质,结构体系的复杂与否并不会导致更多类型的连接,而复杂的连接可看作由这三种基本类型组合而成。

  1、索与索的连接

  索在结构体系中只承受拉力,内力沿索的轴线不变,索的截面不会因长度变化而变化。其连接特点如下:

  a、位于端部的连接必须通过索套来实现。

  b、位于索中部的连接可由各类夹具来完成。

  c、多根索的连接需要设计新的节点,根据索与索结合方式的不同而各有差异:如常见的单层或双层索结构,根据布置方式的不同又可以出现平行或辐射等形式。索网的轻质有效,迎合了人们对轻巧与透明的普遍追求。皮亚诺设计的位于意大利的Banca Popolare di Lodi总部室外广场的玻璃顶,受力结构由上下两组索网相互拉接而成,玻璃夹在结构中间,并由水平向的联系索加强稳定,固定于四周混凝土墙体之上,所有节点均为索-索连接,轻盈而透明的屋顶表现了索在特定场合的优势。

  2、杆件与杆件的连接

  杆件较索更早出现,应用也更广泛,由于杆件既可受拉也可受压,这使得杆件之间的连接设计也较索更为复杂多变。决定杆件连接设计的因素主要有以下两个方面:

  a、杆件之间的交角。

  b、杆件各自的截面形式。前者由结构体系决定,后者可以在连接设计阶段选择不同型钢或进行组合,以方便连接构件的设计。

  在交角非垂直的情况下应该谨慎选择构件截面,降低节点设计难度。在柏林某信息中心的梁柱连接中,圆钢管柱被突兀地截断,然后与多块钢板焊接于工字钢梁,交接显得十分机械而僵硬。与之形成对比,赫佐格设计的汉诺威展览大厅屋顶处梁柱连接设计中,一方面,选择拉索避免了杆件间的非垂直交接;另一方面,方形钢管柱在连接处的分解与圆形变化,使其与圆形钢管梁之间的连接过渡的自然合理。

  在贝聿铭设计的美秀博物馆屋顶构架中,多根杆件的立体交接没有采用常规球形节点做法,而是设计了一个多方向板式铸钢节点构件,横向钢管贯穿其间且保持截面不变,其余构件在节点处转化为钢板与节点构件用螺栓连接,从而保证了结构面与屋顶面平行,取得简洁平整的效果。如若用普通球形节点,那么庞大的节点势必使屋顶构架显得沉重,也无法反映传统木构建筑中榫卯连接的简洁,更难以取得这样的艺术效果。

  3、索与杆件的连接

  虽然索最符合钢材的材料性能,但由于它是只具备单向抗拉性能的柔性构件,所以索与杆件结合组成的结构体系可以取得轻盈与稳定的双重优势,如近年来在大跨领域十分流行的张拉弦结构。即使在较小跨度建筑中,索与杆件组合的方式也相当普遍。

  连接设计根据索的连续与否,须采用不同的连接件以对应:位于索端部的连接,需要通过索套、螺栓、焊片一系列构件与杆件固定,此种连接程序构造简单合理,应用也十分普遍,同时可以选择索套夹焊片或是焊片夹索套两种不同的方式。如意大利热那亚旧海港的重新开发项目中,索膜与杆件的连接在分别涂以灰色和白色的不同的层级中采用了上述两种方式。但也可以通过索套的特殊设计与杆件直接结合,需要注意的是焊片的省略意味着索套必须承担转化索与杆件所成角度的功能,如吉芭欧文化中心拉索与基座的连接:尺度夸张有力且旋转了一定角度的索套整合了焊片的功能,使得这一节点在此类连接中独树一帜。位于索中部的连接,可以采用索夹,索卡(少数情况下也可采用焊接的办法)来固定索与杆件的位置。汉诺威贸易交易大厅鱼腹梁中,上弦杆与下弦索的连接设计采用了索卡固定。

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