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细节决定成败 | 天幕雨棚怎么规划?节点很重要!
来源: handler   发布时间: 2020-11-16   7 次浏览   大小:      
自由曲面形状的天幕,多个杆件汇交的网格节点的规划难点在于,兼顾结构力学功能、施工便利性和修建漂亮三个方面。曲面网格节点的多杆汇交处,数量很多的钢板简直不或许彻底对齐,错边咬边问题很常见,这对结构、施工和修建外观都有不利的影响。

天幕canopy,为公共空间遮风挡雨的一起,又能保证明亮的采光。天幕结构彻底暴露在修建空间中,结构方法、拓扑联系,及至节点细部都会影响修建效果,结构与修建、幕墙的一体化规划非常重要。

网格节点的规划难点

自由曲面形状的天幕,多个杆件汇交的网格节点的规划难点在于,兼顾结构力学功能、施工便利性和修建漂亮三个方面。曲面网格节点的多杆汇交处,数量很多的钢板简直不或许彻底对齐,错边咬边问题很常见,这对结构、施工和修建外观都有不利的影响。

常见的三角形网格,虽然结构刚度更大,一起能保证幕墙玻璃为平板、减小了幕墙工艺的难度。但三角形网格节点的构件数量更多,理论上不存在绝对的无扭转节点(torsion-free nodes),使得节点规划和施工难度更大。

四边形网格的修建效果更简洁通透,但解决网格四点共面、拟合杂乱曲面明显愈加困难。即使是无扭转节点,节点处构件咬边错边也难以避免。

由于曲面网格的杆件实践上有宽度和高度而非单线、杆件角度不同、以及结构杆件层和玻璃面板层等构造层都有必定厚度,问题变得愈加杂乱。

总之,在杂乱曲面网格中,节点规划需协调解决曲面滑润(幕墙表皮、结构上下外表3个外表)、构件尺度均一、焊接难度等多个问题,往往很难一起兼顾。

金属质感分割线

铸钢节点

2010年上海世博会世博轴共有6个喇叭状的阳光谷。阳光谷除了承受自身荷载外,还为索膜结构供给支点,受力比较杂乱。

最大的1号阳光谷上部径长70~90m,下部径长12~18m,总高42m,喇叭状阳光谷内侧覆盖玻璃。

阳光谷为三角形网格,每个节点有5~8个杆件联接。杆件为方钢管(杆件长度1.5~3.5米),大多数截面尺度为65x180mm、80x180mm。

阳光谷共有一万多个节点,在其间空间联系最杂乱、受力最大的方位选用铸钢节点,共573个。铸钢节点的关键在于怎么低成本、快速地制作不同的铸模。

本工程将各不相同的铸钢节点按必定的截面规范拆解成规范模块,选用“组合成模工艺”(似活字印类刷?)、熔模精铸工艺(高密度泡沫),利用机器人数控切割和定位,提高了铸钢节点的精度。

弯扭牛腿节点

除了少量铸钢节点以外,阳光谷大多数节点选用了牛腿焊接节点。弯扭牛腿节点的翼缘板为整片裁切,再把翼缘(盖板)配合杆件角度精加工弯扭,保证与杆件焊接节点的顺滑过渡。

牛腿节点与铸钢节点的节点外观都比较平坦,其施工的难点在于怎么精确地拼接牛腿和杆件。阳光谷每个节点的径向差错操控在2mm以内,角度差错操控在0.1度以内。

世博轴建成已有十余年,其时找形技能、bim技能、数字操控技能还不像今天这么老练,可想而之规划和施工的难度非常大。世博轴现在变成了世博源,延续着修建存在的含义。

上海爱琴海购物公园的树形天幕与阳光谷形状类似,网格优化得愈加均质优美,很少有奇异点,其节点也选用了节点牛腿与杆件拼接的方法。

由于结构外表有灯槽的隐瞒,节点和牛腿的焊缝不容易被看到。而其它直接显露的节点则暴露了焊接质量的问题(杆件拼接不对齐、焊缝外观不佳)。

辐射状插板

铸钢和焊接牛腿避免了节点区现场焊接的问题,但杆件分段较多,牛腿与杆件拼接精度高。而另一种插板节点,则是整段杆件与节点板焊接。

今天为大家介绍的是luone凯德晶萃广场。luone之名来自“卢湾”的谐音,致敬昔日老上海的经典格调。修建中最注目的是46米直径的圆形玻璃穹顶覆盖。伞状穹顶结构充分发挥了网壳的形抗优势,营造出修建师非常等待的精致轻盈效果。

节点中心为实心圆棒,6块插板把节点分成6个扇形角,杆件端头切成尖角与插板相贯焊接。

在底部近人的树干部分,节点插板简化为4块,杆件节点焊缝打磨愈加平坦、漂亮。

天幕顶部的节点也选用6插板节点,灯光和机电线槽安置在结构上外表,节点下外表的焊缝直接显露。未经打磨的焊缝稍微影响外观。(不过,大概只要结构工程师才会10倍变焦放大看这个节点)

插板节点的焊缝为现场施焊,现场焊接量大、操控质量的难度更大。由于整体安稳操控规划的网壳结构,构件应力水平较小的情况,因而一般情况插板节点也能满足受力要求。

中心圆筒节点

之前介绍的 “杭州世纪中心 悬链形天幕”项目,天幕悬链顶开口52~87米,垂度最大约73米,是一个大跨度的杂乱曲面结构。修建效果上又要求结构方法简洁、通透、构件尺度尽或许纤细。

悬链方法的构件截面宽度仅150mm、高度300mm (选用h300x150x6.5x9),其结构效率非常高。

由于悬链为四边形网格,节点汇交的杆件数量少,规划上选用中心圆筒节点。以直径273mm的空心圆钢管,与网格杆件相贯,避免了杆件之间的焊缝重叠。以较厚的圆筒封板传递钢梁翼缘的力。

由于悬链整体为水平风荷载效果下的安稳性操控规划,构件的应力较小,焊缝的应力变幅也比较小。项目评审过程中,专家建议在不影响修建外观的情况下,能够考虑腹板高强螺栓、翼缘焊接的节点方法,以便减少现场焊接量、便利施工安装调理。

盘式装配节点

钢结构焊接规划时焊缝能够做到与构件等强,而铝合金焊接会大幅下降材料的强度与延性,因而在铝合金的联接中多用机械联接。

铝合金网壳常用节点方法有板式节点、钢芯螺栓节点及铸铝节点,其间节点盘板式节点使用最广泛。节点盘板式节点,是选用螺栓将上下弧形圆盘盖板和杆件上下翼缘联接,而腹板不联接。

这种联接方法注定节点无法与构件等强,且节点抗剪功能弱。因而,不适合用以受弯为主的梁式结构,及拉应力为主对节点需求要求较高的张力结构。球壳结构以压应力为主,构件规划均为安稳操控,对节点需求低,因而工程中使用较多。

铝合金圆盘联接节点

上海“g60科创云廊”(拉斐尔云廊)项目,平面尺度长约730米、宽120米,经过y形外伸斜柱整体支承于由11栋塔楼修建群顶部,是一个超长、大跨的单层网格结构。

为下降结构防腐保护需求和减轻自重,“云廊”选用铝合金为主、部分区域钢铝混合的结构选材。根据工程实践需求,结构规划改进了已有的铝合金盘式节点,增强了节点抗剪和抗弯功能,并经过实验和有限元剖析进行验证。

此外,充分考虑现场施工可操作性,规划了钢铝混合联接节点,并经过有限元剖析研究其受力功能。

但由于螺栓安置在杆件端面,并不能彻底传递杆件翼缘的力,节点刚度特征为半刚性,对网壳的刚度和安稳有必定的削弱。

相贯焊接

假如网格有清晰的首要传力方向,能够让主受力杆件贯穿,其它次要杆件与主杆件相贯联接,即相贯焊接节点。

英国国王十字火车站西侧广场屋盖,高约20m,直径约150m,由周圈16颗树形柱和一个锥形的中心树状结构支撑。

菱形网格织造向上成长并逐步扩大,到顶部3/4处,在菱形网格中添加一根对角杆件,形成三角形网格。

内力剖析显示,屋盖径向杆件首要承当弯矩,所以选用了抗弯效率更高矩形钢管。矩形截面150mm宽,高度250~450mm不等。而菱形的网格杆件首要承当轴力,所以选用圆钢管,直径139~219mm不等。

这样方管与圆管奇妙地调配,区分出主次层级联系,次级的圆管与贯穿的方管焊接。此外,还简化了圆管与方管之间的联接节点,以及方管与上部屋面檩条的联接节点。

织造节点

假如网格结构杆件比较大,难以选用以上汇交节点,以错层织造的方法保持构件连续也是一种方法。

布鲁克菲尔德广场展厅面宽33m、进深20m、高16m。两棵网格状的钢结构柱支承着屋面,周围是通透的悬挂式幕墙,从街道上就能够看到展厅内两棵巨大的“铁树”。

工程中遇到的问题是多种多样的,但我相信方法总比困难多。并且咱们遇到的大多数问题,或许咱们的长辈们已经遇到并解决了。所以我觉得结构工程师多走走看看,会多有启示和收获。

最后期望,假如你有关于修建结构的游记,欢迎投稿分享在istructure公众号。