临时大跨度建筑顶部结构新型搭接技术探究

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1、临时大跨度建筑顶部结构新型搭接技术探究摘要：提出了一种用于临时大跨度建筑顶部的新型结构形式，对其杆件和节点进行了设计和研究。单个杆件采用张悬梁的形式，节点采用对穿螺栓拼装，进行了计算机数值模拟，从刚度、强度、材料消耗和施工便捷性等方面论述了该结构形式的可行性和优越性，能实现通过单一构件重复拼装，形成大跨结构的目的。关键词：临时建筑新型顶部结构搭接节点1引言临时大跨度建筑以其施工快速，内部空间大等优势，在当今社会应用十分广泛，如可用于临时展厅、灾后重建难民安置场所、临时仓库等。市场上现有的临时大跨度建筑以“篷房”为主，其屋盖形式为三角桁架，该顶部形式少不了大型钢构件的运输与吊装

2、，对其应用有一定限制，尤其是在山区和灾后重建区等机械进出困难的地方，受限更为明显。目前，国内外并没有可以不使用大型构件的临时大跨度产品。基于这种现状，我们考虑设计一种新型的顶部结构形式，通过单一的小型构件，采用合理的搭接方式，实现无机械化快速安全施工。2概念设计拟采用单元搭接成整体的方式，从“抬花轿”游戏（图1）中受到启发：我们将单个手臂简单搭接，就能形成一个受力面，承担起一个人的重量。将这一受力面抽象出来如图2,其中杆件相当于我们的手臂，杆件与杆件直接的节点连接相当于手臂的抓握作用。我们的目的就是设计出单根构件的形式和节点形式，实现上述目的。单根杆件采用张悬梁的形式（图3）

3、,横杆为方钢管截面,竖杆为空心钢管，斜线为钢索。利用张悬梁自身受力性能的合理性减轻结构自重，提高承载力。3详细设计一一数值模拟结合市场上的规格材型号，首先选取一定的截面尺寸和材料种类，在SAP2000中进行建模，并模拟加载，计算结构内力和变形，设计构件的截面尺寸，验证该结构形式可行性。3.1建模数据钢材均采用Q235O3.2计算结果材料用量，顶部总用钢量为7.15吨，单位面积用钢量42.3kg,与同等跨度下的篷房用钢量相近。计算表明，结构均可满足刚度、强度和耗材的要求，且该结构的控制因素为其挠度，为控制结构挠度，主要加强了节点的受力性能。4节点设计4.1设计要求节点需要满足以

4、下要求：可快速安装和拆卸，形式简单；不出现材料破坏；节点连接在变形上满足常使用要求；加工方便。4.2方案分析针对以上要求，综合考虑后我们设计了以下三个节点方案，以及其优缺点分析比较及性能试验。A节点：如图4.1,在连接处，割出Z形切口，加工出螺栓孔，用螺栓连接紧固。该设计受力明确，但形成了旋转轴，产生节点上部受压下部受拉的较大变形。加工会增加切割步骤，但利用杆件材料作为连接件，节约材料，安装方便。B节点：如图4.2,在连接处，横杆中部加焊两块钢板,加工螺栓孔，螺栓紧固。该设计的凹形连接板的相当于提供了侧向支撑，抑制了节点旋转，变形较A应该小；但由于另外制作和加焊连接件，增加了

5、加工难度和耗材。C节点：如图4.3,在连接处，端部加焊一块钢板。在再钢板上打出4个螺栓孔，以此形成连接节点；该设计受力明确，由于节点接触面积大，拉压应力小，变形得到一定限制；安装与加工比较方便，但增加了耗材量，并且端部加焊的钢板使得构件不规则，可能给存放带来不便。4.3节点实验4.3.1实验原理设计节点性能实验，直观反映节点的受力性能。通过分级加载，获得各试件节点在各级荷载下的挠度。记录荷载一位移关系，比较节点刚度以及节点的优劣。选择刚度较大的节点形式作为实际应用的方案，尽可能增大结构的整体刚度，减小跨中挠度。由于实验目的是获取节点性能的比较数据，所以实验构件没有加撑杆和拉锁

6、，选用单节点试件，固定试件两端、在中部连续加载，通过各级加载下的挠度来反应节点刚度的相对大小。4.3.2实验装置针对以上原理和目的，设计了以下实验设备(如图4.4、4.5)：装置说明：三棱柱支架为角钢焊接而成，为试件提供固定端；试件固定端间距0.55m；试件两端及中点安放3个百分比，记录三个位移数据后换算出跨中真实位移；试件中部下侧焊接挂钩，通过袪码盘作为加；分级加载，每级荷载为20kgo4.3.3实验结果及分析分别记录三个节点的荷载一位移数据，整理如图4.6。三者的比较分析中可以得出：(1)A节点承载力明显小于B,C节点，据推测，B节点承载力可能会小于C节点;(2)曲线斜率

7、反映了节点破坏特征，斜率越大，节点脆性破坏越明显，并且变形越大，从这点上比较节点优劣则,C>B>Ao因此，我们选择C节点作为整体模型和实际结构的节点方案。5模型实验根据设计方案，按照1:10制作了小模型(图5.1),进行拼装来模拟施工过程，发现施工中存在的问题。完成后测量中部位移，与理论计算进行对比。经过实际拼装发现，螺栓的安装有一定困难。由于结构制作精度有限，一些螺栓孔难以吻合，会有螺栓不能插入螺孔的情况出现。为了避免这种情况的出现，我们认为按一定顺序进行拼装尤为重要。一种有效的拼装方式是从中间向四周