細節決定成敗 | 天幕雨棚怎麽規劃?節點很重要!
來源: handler   發布時間: 2020-11-16   166 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
自由曲麵形狀的天幕,多個杆件匯交的網格節點的規劃難點在於,兼顧結構力學功能、施工便利性和修建漂亮三個方麵。曲麵網格節點的多杆匯交處,數量很多的鋼板簡直不或許徹底對齊,錯邊咬邊問題很常見,這對結構、施工和修建外觀都有不利的影響。

天幕Canopy,為公共空間遮風擋雨的一起,又能保證明亮的采光。天幕結構徹底暴露在修建空間中,結構方法、拓撲聯係,及至節點細部都會影響修建效果,結構與修建、幕牆的一體化規劃非常重要。

網格節點的規劃難點

自由曲麵形狀的天幕,多個杆件匯交的網格節點的規劃難點在於,兼顧結構力學功能、施工便利性和修建漂亮三個方麵。曲麵網格節點的多杆匯交處,數量很多的鋼板簡直不或許徹底對齊,錯邊咬邊問題很常見,這對結構、施工和修建外觀都有不利的影響。

常見的三角形網格,雖然結構剛度更大,一起能保證幕牆玻璃為平板、減小了幕牆工藝的難度。但三角形網格節點的構件數量更多,理論上不存在絕對的無扭轉節點(Torsion-Free Nodes),使得節點規劃和施工難度更大。

四邊形網格的修建效果更簡潔通透,但解決網格四點共麵、擬合雜亂曲麵明顯愈加困難。即使是無扭轉節點,節點處構件咬邊錯邊也難以避免。

由於曲麵網格的杆件實踐上有寬度和高度而非單線、杆件角度不同、以及結構杆件層和玻璃麵板層等構造層都有必定厚度,問題變得愈加雜亂。

總之,在雜亂曲麵網格中,節點規劃需協調解決曲麵滑潤(幕牆表皮、結構上下外表3個外表)、構件尺度均一、焊接難度等多個問題,往往很難一起兼顧。

金屬質感分割線

鑄鋼節點

2010年上海世博會世博軸共有6個喇叭狀的陽光穀。陽光穀除了承受自身荷載外,還為索膜結構供給支點,受力比較雜亂。

最大的1號陽光穀上部徑長70~90m,下部徑長12~18m,總高42m,喇叭狀陽光穀內側覆蓋玻璃。

陽光穀為三角形網格,每個節點有5~8個杆件聯接。杆件為方鋼管(杆件長度1.5~3.5米),大多數截麵尺度為65x180mm、80x180mm。

陽光穀共有一萬多個節點,在其間空間聯係最雜亂、受力最大的方位選用鑄鋼節點,共573個。鑄鋼節點的關鍵在於怎麽低成本、快速地製作不同的鑄模。

本工程將各不相同的鑄鋼節點按必定的截麵規範拆解成規範模塊,選用“組合成模工藝”(似活字印類刷?)、熔模精鑄工藝(高密度泡沫),利用機器人數控切割和定位,提高了鑄鋼節點的精度。

彎扭牛腿節點

除了少量鑄鋼節點以外,陽光穀大多數節點選用了牛腿焊接節點。彎扭牛腿節點的翼緣板為整片裁切,再把翼緣(蓋板)配合杆件角度精加工彎扭,保證與杆件焊接節點的順滑過渡。

牛腿節點與鑄鋼節點的節點外觀都比較平坦,其施工的難點在於怎麽精確地拚接牛腿和杆件。陽光穀每個節點的徑向差錯操控在2mm以內,角度差錯操控在0.1度以內。

世博軸建成已有十餘年,其時找形技能、BIM技能、數字操控技能還不像今天這麽老練,可想而之規劃和施工的難度非常大。世博軸現在變成了世博源,延續著修建存在的含義。

上海愛琴海購物公園的樹形天幕與陽光穀形狀類似,網格優化得愈加均質優美,很少有奇異點,其節點也選用了節點牛腿與杆件拚接的方法。

由於結構外表有燈槽的隱瞞,節點和牛腿的焊縫不容易被看到。而其它直接顯露的節點則暴露了焊接質量的問題(杆件拚接不對齊、焊縫外觀不佳)。

輻射狀插板

鑄鋼和焊接牛腿避免了節點區現場焊接的問題,但杆件分段較多,牛腿與杆件拚接精度高。而另一種插板節點,則是整段杆件與節點板焊接。

今天為大家介紹的是LuOne凱德晶萃廣場。LuOne之名來自“盧灣”的諧音,致敬昔日老上海的經典格調。修建中最注目的是46米直徑的圓形玻璃穹頂覆蓋。傘狀穹頂結構充分發揮了網殼的形抗優勢,營造出修建師非常等待的精致輕盈效果。

節點中心為實心圓棒,6塊插板把節點分成6個扇形角,杆件端頭切成尖角與插板相貫焊接。

在底部近人的樹幹部分,節點插板簡化為4塊,杆件節點焊縫打磨愈加平坦、漂亮。

天幕頂部的節點也選用6插板節點,燈光和機電線槽安置在結構上外表,節點下外表的焊縫直接顯露。未經打磨的焊縫稍微影響外觀。(不過,大概隻要結構工程師才會10倍變焦放大看這個節點)

插板節點的焊縫為現場施焊,現場焊接量大、操控質量的難度更大。由於整體安穩操控規劃的網殼結構,構件應力水平較小的情況,因而一般情況插板節點也能滿足受力要求。

中心圓筒節點

之前介紹的 “杭州世紀中心 懸鏈形天幕”項目,天幕懸鏈頂開口52~87米,垂度最大約73米,是一個大跨度的雜亂曲麵結構。修建效果上又要求結構方法簡潔、通透、構件尺度盡或許纖細。

懸鏈方法的構件截麵寬度僅150mm、高度300mm (選用H300x150x6.5x9),其結構效率非常高。

由於懸鏈為四邊形網格,節點匯交的杆件數量少,規劃上選用中心圓筒節點。以直徑273mm的空心圓鋼管,與網格杆件相貫,避免了杆件之間的焊縫重疊。以較厚的圓筒封板傳遞鋼梁翼緣的力。

由於懸鏈整體為水平風荷載效果下的安穩性操控規劃,構件的應力較小,焊縫的應力變幅也比較小。項目評審過程中,專家建議在不影響修建外觀的情況下,能夠考慮腹板高強螺栓、翼緣焊接的節點方法,以便減少現場焊接量、便利施工安裝調理。

盤式裝配節點

鋼結構焊接規劃時焊縫能夠做到與構件等強,而鋁合金焊接會大幅下降材料的強度與延性,因而在鋁合金的聯接中多用機械聯接。

鋁合金網殼常用節點方法有板式節點、鋼芯螺栓節點及鑄鋁節點,其間節點盤板式節點使用最廣泛。節點盤板式節點,是選用螺栓將上下弧形圓盤蓋板和杆件上下翼緣聯接,而腹板不聯接。

這種聯接方法注定節點無法與構件等強,且節點抗剪功能弱。因而,不適合用以受彎為主的梁式結構,及拉應力為主對節點需求要求較高的張力結構。球殼結構以壓應力為主,構件規劃均為安穩操控,對節點需求低,因而工程中使用較多。

鋁合金圓盤聯接節點

上海“G60科創雲廊”(拉斐爾雲廊)項目,平麵尺度長約730米、寬120米,經過Y形外伸斜柱整體支承於由11棟塔樓修建群頂部,是一個超長、大跨的單層網格結構。

為下降結構防腐保護需求和減輕自重,“雲廊”選用鋁合金為主、部分區域鋼鋁混合的結構選材。根據工程實踐需求,結構規劃改進了已有的鋁合金盤式節點,增強了節點抗剪和抗彎功能,並經過實驗和有限元剖析進行驗證。

此外,充分考慮現場施工可操作性,規劃了鋼鋁混合聯接節點,並經過有限元剖析研究其受力功能。

但由於螺栓安置在杆件端麵,並不能徹底傳遞杆件翼緣的力,節點剛度特征為半剛性,對網殼的剛度和安穩有必定的削弱。

相貫焊接

假如網格有清晰的首要傳力方向,能夠讓主受力杆件貫穿,其它次要杆件與主杆件相貫聯接,即相貫焊接節點。

英國國王十字火車站西側廣場屋蓋,高約20m,直徑約150m,由周圈16顆樹形柱和一個錐形的中心樹狀結構支撐。

菱形網格織造向上成長並逐步擴大,到頂部3/4處,在菱形網格中添加一根對角杆件,形成三角形網格。

內力剖析顯示,屋蓋徑向杆件首要承當彎矩,所以選用了抗彎效率更高矩形鋼管。矩形截麵150mm寬,高度250~450mm不等。而菱形的網格杆件首要承當軸力,所以選用圓鋼管,直徑139~219mm不等。

這樣方管與圓管奇妙地調配,區分出主次層級聯係,次級的圓管與貫穿的方管焊接。此外,還簡化了圓管與方管之間的聯接節點,以及方管與上部屋麵檁條的聯接節點。

織造節點

假如網格結構杆件比較大,難以選用以上匯交節點,以錯層織造的方法保持構件連續也是一種方法。

布魯克菲爾德廣場展廳麵寬33m、進深20m、高16m。兩棵網格狀的鋼結構柱支承著屋麵,周圍是通透的懸掛式幕牆,從街道上就能夠看到展廳內兩棵巨大的“鐵樹”。

工程中遇到的問題是多種多樣的,但我相信方法總比困難多。並且咱們遇到的大多數問題,或許咱們的長輩們已經遇到並解決了。所以我覺得結構工程師多走走看看,會多有啟示和收獲。

最後期望,假如你有關於修建結構的遊記,歡迎投稿分享在iStructure公眾號。