钢结构索结构节点设计大全

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索结构的表现形式
                                                                                                                                                                                                                                                        根据受力特点可分为刚性和柔性索结构：
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                刚性索结构在荷载作用下满足小变形假定，如斜拉结构、张弦结构(弦支穹顶)、预应力网格结构、索拱结构、索托结构等;
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        根据受力特点可分为刚性和柔性索结构：
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                柔性索结构的计算分析必须考虑几何非线性效应，各项荷载效应之间不再满足线性叠加原则，如悬索结构(单索结构、索网结构、双层索系、横向加劲索系)、索穹顶等。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        索结构节点类型:
                                                                                                                                                                                                                                                        端头连接：螺栓锚固、螺栓接长、耳板销轴
                                                                                                                                                                                                                                                        中间连接：夹紧、转向、滑动
                                                                                                       
                                                                                                                                                                       
                                                按索节点的连接功能分类：
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                张拉节点、锚固节点、转折节点、交叉节点、索杆节点
                                                                                                                                                                                                                                                                                                按索节点的连接作用分类：
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                索与索的连接、索与刚性构件连接、索与支承构件连接、索与围护结构连接
                                                                                                                                                                                                                                                                                                索与索的连接
                                                                                                                                                                                                                                                        同向拉索中间连接张紧
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        双向拉索的连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        拉索与柔性边索的连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        同向拉索中间连接张紧
                                                                                                                                                                                                                                                        双向拉索的连接
                                                                                                                                                                                                                                                        拉索与柔性边索的连接
                                                                                                                                                                                                                                                        同向拉索在中间节点改变方向
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        平面内不同方向拉索之间连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        索与刚性构件连接
                                                                                                                                                                                                                                                        拉索与横向加劲桁架下弦连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        撑杆与下弦拉索的连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        拉索与横向加劲桁架下弦连接
                                                                                                                                                                                                                                                        撑杆与下弦拉索的连接
                                                                                                                                                                                                                                                        斜索与刚性节点连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        撑杆上节点连接多个方向脊索
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        索与支承构件连接
                                                                                                                                                                                                                                                        拉索与钢混支承构件连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        拉索与支承钢柱或钢梁连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        径向拉索与支承钢环梁连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        索与围护结构连接
                                                                                                                                                                                                                                                        拉索与钢檩条
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        拉索与玻璃
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        节点的含义
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                影响钢结构建筑中节点形式的因素有很多，节点的分类较为复杂，根据连接件的位置关系，节点可分为：搭接节点、平接节点、角接节点、对接节点等(如图9所示);根据节点的连接工艺不同可分为：焊接节点、铆接节点、螺栓连接节点、销栓连接节点、胶结连接节点等(如图10所示)。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        图9 根据连接件位置而定的节点分类
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图10 根据连接工艺而定的节点分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                钢结构建筑中的节点根据其所起到的作用不同，大体可分为结构性节点和构造性节点。结构性节点是结构构件之间连接的节点，是建筑结构中力的集中点与传递点，起到完成各构件之间力的传递的作用，体现着各构件之间的稳定性和受力平衡，如：杆件与杆件之间的连接、索与索之间的连接、杆件与索之间的连接、构件与支座之间的连接等(如图11所示)。节点处的不同构件受力方式不同，拉力、压力、剪力等不同形式的力都反映在节点处，节点将这些力连接成一个整体，形成一个个视觉焦点，压力在节点处往往雄健有力，增加空间的力量感，而拉力则轻盈明快，给空间增添活跃感(如图12所示)。约翰内斯堡体育馆采用了一种悬挂结构，节点连接了拉索与平衡杆(如图13所示)，节点处拉索通过平衡杆处的封板将拉力转化为压力，节点部位的加劲肋增加了节点的刚度和强度，实现了力的平衡。图中拉索显然承受很大的力的作用，维持受力平衡的节点显得强劲有力，体现出节点作为结构构件的力学美[4]。以同济大学B楼中庭大厅的屋顶为例(如图14所示)，采用四角锥体系网架结构，支撑起大跨度空间的覆顶，采用螺栓球节点(如图15所示)，具有节点部位没有偏心、受力状态好等优点。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        图11 结构性节点
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图12 节点的视觉焦点
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图13 约翰内斯堡体育馆采用的悬挂结构
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图14 同济大学B楼中庭大厅的屋顶
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图15 螺栓球节点
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                构造性节点，连接的是钢结构建筑的附属功能构件与结构构件，是皮与骨的连接，节点处不同的材质有着不同的肌理变化和材料质感，如钢材与玻璃、钢材与膜材等，这些不同的材料在节点处形成强烈的对比，展现出各种材料的冲突，节点使这些材料在冲突中形成一种和谐、稳定的关系，突出不同材料的交融(如图16所示)。以玻璃幕墙与受力构件之间的连接为例(如图17所示)，玻璃幕墙与结构构件之间的连接方式较为多样，如明框式玻璃幕墙构造、隐框半隐框玻璃幕墙构造、全玻式玻璃幕墙构造、点支玻璃幕墙构造等。例如上海当代艺术馆的玻璃幕墙即采用点支玻璃幕墙构造，“每块玻璃的四个角分别由不锈钢支撑爪件作四点固定，在支撑爪件背后设有11mm的钢索系统纵横绷紧固定[5]”，如图18所示。这种点支玻璃幕墙更强调玻璃的通透性，使得建筑外立面更具特色、内部空间更显开敞。正是由于节点构造的不断进步才更好地展现了不同材料的特征与性能。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        图16 构造性节点
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        图17 玻璃幕墙与受力构件之间的连接
                                                                                                       
                                                                                                                                                                                                                                图18 上海当代艺术馆的玻璃幕墙即采用点支玻璃幕墙构造
                                                                                                                                                                                                                                                                                                索结构的设计原则
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                综合考虑建筑外观、节点传力方式并结合节点锚具和索体类型等进行概念设计，确定节点连接形式，然后对节点进行具体构造设计。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        按相关标准选用索结构节点的材料(热轧钢、铸钢、高强螺栓副、销轴、关节轴承、焊接材料、涂装材料等)。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        节点的构造应与计算假定相符，传力路线简捷明确、安全可靠，构造简单合理并便于制作、安装、索力调整和维护，经济性好。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        节点的强度(含局部承压强度)、刚度、变形和受压板件的稳定性应满足国家标准《钢结构设计标准》、《索结构技术规程》、《预应力钢结构技术规程》、《铸钢结构技术规程》的规定。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        节点的承载力设计值应不小于拉索内力设计值的1.25～1.5倍。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        主要受拉节点焊缝质量等级应为一级，其它焊缝质量不低于二级。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        对采用新材料或新工艺的重要、复杂节点，可根据节点实际受力状态进行足尺或缩尺模型的检验性试验(最大内力设计值的1.3倍)或破坏性试验(最大内力设计值的2.0倍)。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        根据环境条件、材质、结构形式、使用要求、施工条件和维护管理条件等进行节点的防火与防腐设计。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺杆连接节点设计
                                                                                                                                                                                                                                                        螺杆连接节点的多种形式：
                                                                                                                                                                                                                                                        拉索接长
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        索端锚固
                                                                                                                                                                                                                                                        螺杆本身是锚具
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        通过锚箱转换连接
                                                                                                       
                       
                                                                                                                                                                        不同承压位置
                                                                                                       
                                                                                                                                                                                                                                设球铰等转动装置，释放因大变形引起的端部弯矩
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        螺杆连接节点设计的一般要求
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                ⊙螺杆连接中螺杆是索体的一部分时，螺杆与索按照等强设计;其他情况下螺杆承载力设计值应按照索拉力设计值的1.25~1.5倍选取。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ⊙螺杆承载力计算时应考虑螺纹对螺杆截面削弱的影响。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ⊙应采用双螺母、螺母加弹簧垫片、螺母下设置止动垫圈、螺栓上设置开口销、自锁螺母等方式防止螺母松动。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ⊙多螺杆连接设计时应考虑合理的张拉顺序，确保多根螺杆受力均衡。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ⊙螺母应紧固牢靠，外露丝扣不应少于两扣;对于索-索螺杆连接，应确保螺杆拧入锚具内的螺纹长度不小于10倍螺距。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        ⊙张拉时要对张拉工装进行专门设计，防止张拉过程中螺杆承受弯矩。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺杆连接节点的承载力验算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺纹验算 螺纹是螺杆连接的关键部位，一般由生产单位进行专门设计。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                内螺纹弯曲应力验算：
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        内螺纹剪应力验算：
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        外螺纹弯曲应力验算：
                                                                                                       
                                                                                                                                                                        外螺纹剪应力验算：
                                                                                                       
                       
                       
                                                                                                                                                                        接触面局部承压验算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                由于锚具端头较螺杆直径大，索体要穿过支承部位就需要预留较螺杆直径更大的孔洞，使得螺母与锚固体接触面较小，导致局部压力很大。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        支承构件冲切(剪切)验算
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                若支承结构构件(钢板、混凝土板)较薄时，还容易发生冲切(剪切)破坏。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                        有限元分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                螺杆连接节点常在节点连接域设置加劲板、隔板等，使得节点连接域构造较为复杂。对于索力大、节点构造复杂的螺杆连接节点，应建立有限元模型进行分析。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        *以上验算分别按照现行《混凝土结构设计规范》、《钢结构设计标准》进行
                                                                                                                                                                                                                                                                                                索夹节点的定义与构成
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                索夹节点是连接索体和相连构件的一种不可滑动的节点。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                一般包括主体、压板和高强螺栓。
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                主体直接与非索构件相连，压板通过高强螺栓与主体相连，通过高强螺栓的紧固力使主体和压板共同夹持住索体。
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                                                                                                * 形式多样，名称多样：夹具、铸钢夹具、U形夹、螺栓夹具、钢板夹具、索球、索瓦、前压块、后压块、索压块等等。