钢结构构件的连接设计

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1、钢结构构件的连接设计【摘要】钢铁建筑的美在于其不同寻常的跨度与精美的细部：更高、更远是人类矢志不渝的追求；暴露在外的结构表达了构造与材料的逻辑、层次和重要的外观形象。虽然由国内设计建成的众多钢结构建筑在实现大跨度方面已经驾轻就熟，但在连接方面往往呈现出手法单调或概念上的含混不清。因此笔者认为，在对钢结构建筑结构与形式进行研究的同时，有必要对连接设计的原型、设计方法与控制性原则进行系统地归纳与整理，这对于钢结构建筑形态的解读与发展不无裨益。【关键词】钢结构构件连接构件类型设计约束设计方法Abstract:Thebeautyofsteelarchitectureliesinma

2、rvelousspanandfinedetail:ourincessantdesirekeepusonseekinghigherandfarther;theexposedstructureaffectsmaterial'stectonic,logic,hierarchy,andvitalappearance.Largenumbersofexistingsteelconstructionsindicatesourproficiencyinlongspansteelarchitecturedesign,butitalonotonetypeandobscureconceptinc

3、onnection.ethod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、钢结构构件及特点钢结构构件的另外一个特点是截面多样性：一方面

4、，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，

5、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

6、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

7、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。（图1）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。