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鋼結構構件連接對象的原型與連接的分類


鋼結構建築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。

一、索與索的連接

索在結構體系中只承受拉力,內力沿索的軸線不變,索的截面不會因長度變化而變化。其連接特點如下:

1、位于端部的連接必須通過索套來實現。

2、位于索中部的連接可由各類夾具來完成。

3、多根索的連接需要設計新的節點,根據索與索結合方式的不同而各有差異:如常見的單層或雙層索結構,根據布置方式的不同又可以出現平行或輻射等形式。索網的輕質有效,迎合了人們對輕巧與透明的普遍追求。皮亞諾設計的位于意大利的BancaPopolarediLodi總部室外廣場的玻璃頂,受力結構由上下兩組索網相互拉接而成,玻璃夾在結構中間,並由水平向的聯系索加強穩定,固定于四周混凝土牆體之上,所有節點均爲索-索連接,輕盈而透明的屋頂表現了索在特定場合的優勢。

二、杆件與杆件的連接

杆件較索更早出現,應用也更廣泛,由于杆件既可受拉也可受壓,這使得杆件之間的連接設計也較索更爲複雜多變。決定杆件連接設計的因素主要有以下兩個方面:

1、杆件之間的交角。

2、杆件各自的截面形式。前者由結構體系決定,後者可以在連接設計階段選擇不同型鋼或進行組合,以方便連接構件的設計。

在交角非垂直的情況下應該謹慎選擇構件截面,降低節點設計難度。在柏林某信息中心的梁柱連接中,圓鋼管柱被突兀地截斷,然後與多塊鋼板焊接于工字鋼梁,交接顯得十分機械而僵硬。與之形成對比,赫佐格設計的漢諾威展覽大廳屋頂處梁柱連接設計中,一方面,選擇拉索避免了杆件間的非垂直交接;另一方面,方形鋼管柱在連接處的分解與圓形變化,使其與圓形鋼管梁之間的連接過渡的自然合理。

三、索與杆件的連接

雖然索最符合鋼材的材料性能,但由于它是只具備單向抗拉性能的柔性構件,所以索與杆件結合組成的結構體系可以取得輕盈與穩定的雙重優勢,如近年來在大跨領域十分流行的張拉弦結構。即使在較小跨度建築中,索與杆件組合的方式也相當普遍。

連接設計根據索的連續與否,須采用不同的連接件以對應:位于索端部的連接,需要通過索套、螺栓、焊片一系列構件與杆件固定,此種連接程序構造簡單合理,應用也十分普遍,同時可以選擇索套夾焊片或是焊片夾索套兩種不同的方式。如意大利熱那亞舊海港的重新開發項目中,索膜與杆件的連接在分別塗以灰色和白色的不同的層級中采用了上述兩種方式。但也可以通過索套的特殊設計與杆件直接結合,需要注意的是焊片的省略意味著索套必須承擔轉化索與杆件所成角度的功能,如吉芭歐文化中心拉索與基座的連接:尺度誇張有力且旋轉了一定角度的索套整合了焊片的功能,使得這一節點在此類連接中獨樹一幟。位于索中部的連接,可以采用索夾,索卡(少數情況下也可采用焊接的辦法)來固定索與杆件的位置。漢諾威貿易交易大廳魚腹梁中,上弦杆與下弦索的連接設計采用了索卡固定。

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