钢结构构件的连接设计_1

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1、钢结构构件的连接设计　　伴随着我国钢材产量的不断攀升与价格的下降，用钢来建造房屋变得越来越普遍，这不仅反映在各类方兴未艾的大跨项目中，甚至在各种中小跨度的项目里，选择钢材作为建筑材料或是装饰材料也成为了一种时尚。材料的多样性选择为建筑师提供更多表现手段的同时，也带来更多的设计要求。　　尽管结构形式的选择通常是结构工程师的工作，建筑师也必须对影响结构和连接设计的因素有一定的了解；即使国内绝大多数钢连接构件的设计由制造商完成，建筑师也必须对于现代钢结构建筑结构构件的连接方法、控制性原则和导致因素有一个清醒的认识。一、钢结构构件及

2、特点　　钢结构构件的另外一个特点是截面多样性：一方面，钢材的各向匀质性使得它可以被加工成各种形状，这与木材的各向非匀质性区别显著：同为线性结构构件，钢结构的截面多样性是木结构所无法比拟的，这也是有工字钢而没有“工字木”的原因，杆件结构中连接构件几乎全部是钢也说明了这一点；另一方面，钢结构构件的截面形状也对连接设计也产生强烈的影响。在受力范围允许的情况下，不同型钢的选择可以导致不同形式的连接。二、连接设计受到的约束　　钢材种类繁多，耐受力也不尽相同，连接设计通常受到以下因素的制约：　　1．构件的来源：理论上钢结构构件或是连接构

3、件具有任意加工性，但在各具体项目中，结构构件与连接构件总会受到现实条件的制约。有经验的设计师通常选择容易获得，方便安装的型钢，并设计出简单有效的连接方式与连接构件。　　2．连接手段的限制：钢结构的施工特点之一是采用工厂加工、现场装配。这是区别于传统砌筑方式而产生大量节点的原因。各种型钢之间的连接，主要有三种手段：铆接、焊接和栓接。钢结构建筑的早期多采用铆接，施工简单但需要在构件上挖出洞口而降低了断面性能，容易在节点处产生集中应力，近来较少采用。采用焊接的节点，外观简洁而荷载传递效率连续，但施工作业要求较高。后期出现的高强度螺

4、栓连接，同样可以达到类似焊接的强度要求，在现代钢结构中大量采用。　　3．连接构件具有层级性：钢结构建筑结构体系之间存在复杂而逻辑的层级关系，在连接层面，这种层级关系反映为构件尺寸与安装先后的差异。连接的目的是实现层级转换，也是实现力由三维向二维转化、最终传递到一维构件的关键。复杂的连接通常由立体连接构件、平面连接构件组合完成。　　4．连接构件所处的平面：两个线性结构构件总是处在一个平面内，该平面为构件应力的发生平面，连接构件为了有效抵抗这个平面内的应力、弯矩或剪力，常常设计在此平面内，如钢管与拉索的焊片总处在这两者构成的平面

5、中；在多个构件的连接情况下，组合的平面构件可以与立体的受力情况相对应。三、连接对象的原型与连接的分类　　钢结构建筑的结构构建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

6、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BancaPopolarediLodi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

7、，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

8、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