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钢结构工程中的构件连接有哪些

时间:2021-03-09 09:15:02  来源:  作者:

      钢结构建筑构件连接有哪些特点:钢结构造型具有城市魅力,聚于钢结构构件工程发展。

  在钢结构建筑中我国最具有“环境优先、结构优化、自然友好”可持续的发展战略。在继续推进工业环境的同时,把土、石、沙、木建筑都比不上钢结构建筑优势,钢结构最大限度地节约资源,(节能、节地、节水、节材)保护环境、减少污染,为人们提供健康,适用和高效的使用空间与自然和谐共生建筑。以下简述;钢结构结构件的各样连接性能;

  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,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,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、*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。
  

        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。

  
  3.索与杆件的连接

  虽然索*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。
  

       四、连接设计的方法

  在相当一部分的钢结构建筑中,结构对于构件形式与尺寸的要求并不十分苛刻,这就给构件与连接设计带来相当大的设计余地。建筑师对于构件形式与尺寸的选择与连接设计或者说连接形式息息相关。对国内设计师而言,实际情况常常是有限的型钢选择与为数不多的成型连接构件,所以设计方法就显得尤为重要,即使这些方法或手段常常带有纯粹表现的色彩。

  1. 分解 分解的对象是结构概念中抽象的单一构件,在实际连接中常表现为构件数量的分解或截面形式的分解。这一手法在包括了钢结构的杆件体系的连接设计中颇为常见,如悬挂结构中的受压杆常分解成几根杆的组合;柱子常分解为束柱等等。这些分解有的是出于结构受力的需要,有的仅仅是为了在构件中制造间隙,方便连接。复杂节点采用分解设计有利于提炼出连接的基本形式,从而达到简化连接概念,整合节点设计的目的。

  2. 转化 截面形式的考量与尺寸的转化也是连接设计的主要问题。转化的目的是为了缩小构件截面,方便连接设计。构件截面一般可分为两大类:管状类截面(如圆钢管)及非管状类截面(如工字钢)。前者之间的连接往往需要缩小截面,如网架球节点处的缩小了的实心钢管。后者之间的连接通常对构件做简化处理,如去掉宽翼,只保留型钢的高度部分,而且常与分解设计相结合。除了改变构件截面形状外,沿垂直于构件轴线的面将构件切断后,再设计新的节点去连接也是经常使用的方法。如前面讨论过的屋顶构架节点中,钢管截面的转化不仅带来连接的便利,也使得节点设计的灵活性得以体现,在表达传力的同时,利用雕塑似的造型设计将力的流动视觉化、艺术化。

  3. 整合 整合设计立足于减少构件种类及数量,简化连接方式,强调结构形式方面的整体性,使得这类设计作品往往具有优雅的形象。这种方法有两个前提:

  1)各节点受力方式相同。

  2)结构构件截面形状类似、尺度近似。受力方式相同保证了选择相似截面的科学性,截面形式相似、尺度近似则保证了视觉的整体性。