建筑索结构关键节点设计与构造研究
建筑结构说课
课程内容与安排
03
理论教学
实践教学
课程考核
包括建筑结构的基本概念、设计原理、分 析方法等方面的知识讲解。
通过课程设计、实验、实习等实践教学环 节，培养学生的实际操作能力和解决问题 的能力。
采用平时成绩、期末考试成绩和实验成绩 相结合的考核方式，全面评价学生的学习 效果。
02
建筑结构基础知识
砌体结构
应注重墙体的整体性、稳定性和延性设计。采取设置构造柱、圈梁、拉结筋等措施加强墙 体连接，提高结构的整体性。同时，应控制砌体结构的层间位移角和裂缝宽度，确保结构 在地震作用下的安全性。
钢结构
应注重钢结构节点的设计，采取加强节点连接刚度、设置耗能装置等措施提高结构的耗能 能力和稳定性。同时，应控制钢结构的层间位移角和楼层剪力，确保结构在地震作用下的 安全性。此外，还应关注钢结构防腐、防火等问题。
钢筋混凝土框架结构
框架结构组成
由柱、横梁和楼板构成， 形成空间的受力体系。
受力特点
框架柱主要承受轴力和弯 矩，横梁主要承受弯矩和 剪力，楼板将荷载传递给 横梁和柱。
应用范围
适用于大跨度、多层和高 层建筑，如商场、酒店、 医院等。
钢筋混凝土剪力墙结构
剪力墙结构组成
由钢筋混凝土墙板构成，承担水 平和竖向荷载。
木结构
以木材为主要材料，具有质轻、强度高 、加工方便等优点，但易燃、易腐朽， 耐久性较差。
建筑结构荷载与传力路径
01
荷载类型
02
传力路径
包括永久荷载（如结构自重、土压力等）、可变荷载（如楼面活荷载 、风荷载等）和偶然荷载（如地震作用）。
建筑结构通过基础将荷载传递给地基，地基再将荷载分散传递到周围 的土壤中。在结构内部，荷载通过梁、板、柱等构件传递，最终到达 基础。
建筑索结构节点设计标准
建筑索结构节点设计标准建筑索结构节点设计标准是确保索结构安全、稳定和性能的重要环节。
以下是对建筑索结构节点设计标准的详细介绍。
一、节点设计原则1．安全性：节点设计应首先考虑安全性，确保结构在承受各种可能的风、雪、地震等荷载时能够保持稳定。
2．可靠性：节点设计应考虑结构的可靠性，即在正常使用寿命内保持良好状态，不出现疲劳、腐蚀、磨损等问题。
3．经济性：节点设计应在满足安全性和可靠性的前提下，考虑经济性，以降低工程造价。
4．美观性：节点设计应考虑结构的美观性，以满足建筑师和业主对建筑外观的要求。
二、节点类型及特点1．铰节点：铰节点用于连接两根索，允许索在节点处产生相对转动。
这种节点通常具有较高的承载能力和较低的刚度，适用于需要较大转角的结构。
2．刚性节点：刚性节点用于连接两根索，不允许索在节点处产生相对转动。
这种节点具有较高的刚度和较低的承载能力，适用于需要较小转角的结构。
3．半铰半刚性节点：半铰半刚性节点结合了铰节点和刚性节点的特点，允许索在节点处产生一定的相对转动，同时具有一定的承载能力。
这种节点适用于对承载力和刚度都有一定要求的结构。
三、节点设计要素1．连接方式：节点的连接方式应根据索的性质、规格、用途以及结构对安全性和可靠性的要求等因素进行选择。
2．承载能力：节点设计应考虑其承载能力，包括抗拉、抗压、抗剪、抗弯等能力。
承载能力应根据结构所承受的荷载进行计算和分析。
3．刚度：节点设计应考虑其刚度，即节点在受到荷载作用下的变形情况。
过大的变形会导致结构失稳和不舒适感，因此需要在保证承载能力的前提下，尽可能提高节点的刚度。
4．耐久性：节点设计应考虑其耐久性，即节点在长期使用过程中的性能保持能力。
耐久性取决于节点的材料、构造、维护等因素，需要在设计时进行综合考虑。
5．美观性：节点设计应考虑其美观性，以满足建筑师和业主对建筑外观的要求。
美观性可以通过合理的造型、色彩和装饰来实现。
四、节点设计步骤1．明确设计要求：在进行节点设计前，应明确设计要求，包括结构形式、材料、规格、用途等方面的要求。
大型公共建筑结构设计要点的探析
Construction & Decoration118 建筑与装饰2023年7月上 大型公共建筑结构设计要点的探析阮剑平 合肥工业大学设计院（集团）有限公司 安徽 合肥 230000摘 要 大型公共建筑是城市中一道亮丽的风景线，由于其庞大的体量和特殊的使用功能，它的结构设计具有较高的难度和科技含量。
大型公共建筑结构设计是现代建筑学的重要方向，其设计满足了人们对高品质生活和舒适环境的需求。
本文以典型实际案例为基础，分析总结了大型公共建筑结构设计要点，包括结构类型选择、减震措施、防火安全等方面，旨在为今后的设计提供有益信息。
关键词 大型公共建筑；结构设计；减震措施；防火安全Analysis of Key Points of Structural Design of Large-Scale Public BuildingsRuan Jian-pingHefei University of Technology Design Institute (Group) Co., Ltd., Hefei 230000, Anhui Province, ChinaAbstract Large-scale public buildings are a beautiful landscape in the city, due to its huge volume and special use functions, its structural design has high difficulty and technological content. The structural design of large-scale public buildings is an important direction of modern architecture, and its design meets people’s needs for high-quality living and comfortable environment. Based on typical practical cases, this paper analyzes and summarizes the key points of structural design of large-scale public buildings, including the selection of structure type, shock absorption measures, and fire safety, aiming to provide useful information for future design.Key words large-scale public buildings; structural design; shock absorption measures; fire safety引言随着城市化的进程不断推进，人们对大型公共建筑的需求越来越高，而这些建筑的结构设计显得极为重要。
钢结构构件设计及节点设计分析
建 筑Ｉ 『
摘 要：钢结构通常有框架、 面（ 架、 平 桁Ｊ 网架（ 、 壳）索膜、 轻钢、 塔桅等结构型式， 其理论与技术大都成熟。 亦有部分难题没有解决， 或没有 简单 实用的设计方 法， 比如网壳的稳定等。 结构选 型时， 应考虑它们不 同的特点。 本文对 结构受力构件进行截面预估； 然后进行 结构分析、 构件设计及 节点
一
一
２ ６— ２
设计。
关键词： 钢结构； 结构设计； 分析 ｌ 预估截面 塑性的方法来验算截面， 这和结构内力计算的弹 Ｍ１， Ｍ１ Ｍ３ 。 ２常用 ６～ ０ 结构布置结束后， 需对构 件截面作初步估 性方法并不匹配。当前的结构软件， 都提供截面 定． 设计中应慎重使用。 自 攻螺丝用于板材与薄 算。 主要是梁柱和支撑等 的断面形状与尺寸的假 验算的后处理功能。由于程序技术的进步， 一些 壁型钢间的次要连接。国外在低层墙板式住宅 定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接 Ｈ型钢截面 软件可以将验算时不通过的构件， 从给定的截 面 中， 也常用于主结构的连接。 等。根据荷载与支座情况＇ 其截面高度通常在跨 库里选择加大一级。并 自动重新分析验算， 直至 ５ 连接板： － ３ 可简单取其厚度为梁腹板厚度 度的 １２ －／０ ／０－ ５ 之间选择 。 １ 翼缘宽度根据梁问侧 通过。 ｓｐ ０ ０等。这是常说的截面优化设计 加 ４ 然 后验算净截面抗剪等。 如 ａ ２０ “ｒ ｒ － 向支撑的间距按 ｌ 限值确定时， 回避钢 梁的 功能之一。 ／ ｂ 可 它减少了设计师的很多工作量。 但是， ５ 梁腹板： ． ４ 应验算栓孔处腹板的净截面抗 整体稳定的复杂计算， 这种方法很受欢迎。确定 至 少应 注 意两点 ： 剪； 承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部 承 了截面高度和翼缘宽度后， 其板件厚度可按规范 ４１ ．软件在做构件（ 主要是柱） 的截面验算时， 压 。 中局部稳定的构造规定预估。 计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定； ５ ． ５节点设计必须考虑安装螺栓 、现场焊接 柱截 面按长细 比预估，通常 ５ ＜ １０简 目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所 等的施工空间及构件吊装顺序等。 ０ ＜ ５ ， 构件运到现场 尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件， 无法安装是初学者常犯的错误。此外。 还应尽可 单选择值在 １０附近。根据轴心受压 、 ０ 双向受弯 以， 或单向受弯的不同， 可选择钢管或 Ｈ型钢截面 设计 师应 该 逐个检 查 。 能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。 ４ ． ２当预估 的截 面不 满足 时 ， 大 截 面应 该 加 等。对应不同的结构’ 规范中对截面的构造要求 ５６节点设计还应考虑制造厂的工艺水平。 ． 有很大的不同． 如钢结构所特有的组成构件的板 分两种情况区别对待：强度不满足， 通常加大组 比如钢管连接节点的相贯线的切 口需要数控机 ／ Ｅ 件的局部稳定问题。 在普钢规范和轻钢规范中的 成截面的板件厚度淇 中， 弯不满足加大翼缘厚 床等设备才能完成。 限值有很 大的区别。除此￣ １ ＿－ ９， 构件截面形式 的 度， 抗剪不满足加大腹板厚度。ｂ变形超限， ． 通常 ６图纸 编制 选择没有 固定 的要求应 该根据构件的受力情况， 不应加大板件厚度， 而应考虑加大截面的高度； 否 钢结构设计出图分设计图和施工详图两 阶 合理的选择安全经济美观的截面。 则， 会很不经济。 昆 设计图为设计单位提供施 工详图通常由钢结 ２ 钢结构分析 使用软件的前述 自动加大截面的优化设计 构制造公司根据设计 图编制， 有时也会 由 设计单 目前钢结构实际设计中， 结构分析通常为线 功能彳 难考虑上述强度与刚度的区分， 际上， 位代为编制 。 艮 实 由于近年钢结构项 目 增多和设计院 弹性分析， 条件允许时考虑 Ｐ Ａ，Ｐ ＿ 一６。新近的 常常 并不 适。 钢结构工程师缺乏的矛盾． 有设计能力的钢结构 些有 限元 软 件 可 以部 分 考 虑 几何 非 线 性 及 钢 ５节点 设计 公司参与设计图编制的情况也很普遍。 连 接 节点 的 设 计是 钢 结 构设 计 中重要 的 内 材的弹塑性能。 这为更精确的分析结构提供了条 ６ 设计图： ． １ 是提供制造厂编制施工详图的 件。并不是所有 的结构都需要使用软件： 容 之 一 。在结 构 分 析前 ， 该 对节 点 的形 式 有 依据， 就应 深度及内容应完整但不冗余。在设计图中， 荷载资料（ 包括地震作用）技术数 、 ａ ．典型结构可查力学手册之类的工具书直 充分思考与确定。常常出现的一种情况是， 最终 对于设计依据、 接获得内力和变形： 设计的节点与结构分析模 型中使 用的形式不完 据、 材料选用及材质要求 、 设计要求（ 包括制造 和 ｂ ． 简单结构通过手算进行分析； 全～致， 这必须避免。按传力桴眭不同， 节点分刚 安装 、 焊缝质量检验的等级 、 涂装及 运输等） 、 结 ｃ 复杂结构才需要建模运行程序并做详细 接 、 ． 铰接和半刚接。宜选择可以简单定量分析的 构布置、 构件截面选用以及结构的主要节点构造 的结构分析。 前两者。 常用的参考书有丰富的推荐的节点做法 等均应表示清楚， 以利于施工详图的 利编制＇ 顺 并 ３ 工程判定 及计算公式。 连接的不同对结构影响甚大。 比如， 能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。 要正确使用结构软件＇ 应对其输出结果的 有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题， ｉ 丕 但会产生 ６ 施工详图． ． ２ 叉称加工图或放样图等。 深度 做“ 工程判定” 。比如， 评估各向周期、 总剪力 、 变 较大转动， 不符合结构分析中的假定； 会导致实际 须 能满 足 车间 直接 制造 加工 。 完全 相 同的另 构 不 形特征等。 根据“ 工程判定” 选择修改模型重新分 工程变形大于计算数据等的不利结果。 连接节点 件单元须单 独绘制表达， 并应 附有详尽的材料 析， 还是修正计算结果 。不同的软件会有不同的 有等强设计和实际受力设计两种常用 的方法， 可 表。 设计图及施工详图的内容表达方法及出图深 适用条件。此外， 工程设计中的计算和精确的力 偏安全选用前者。 设计手册中通常有焊缝及螺栓 度的控制， 目前比较混乱， 各个设计单位之间及其 学计算本身常有一定距离， 为了获得实用的设计 连接的表格等供设计者查用， 比较方便。也 可以 与钢结构公司之间不尽相同。 可参考他人的优秀 方法， 时会用误差较大的假定 ， 有 但对这种误差， 使用结构软件的后处理部分来 自动完成。 具体设 设计并参考相关的工具 书， 并依据规范规定 编 会通过“ 适用条件、 概念及构造” 的方式来保证结 计 主要 包括 以下 内容： 制。 构的安全。钢结构设计中，‘ ‘ 适用条件、 概念及｝ 旬 ５１ ． 焊接： 对焊接焊缝的尺寸及形式等， 规范 结 束 语 造 ” 比定量计算更重要的内容， 是 不应该过分信 有强制规定 的， 应严格遵守。焊条的选用应和被 钢结构结构体系进入 国内时间已经 ２ 多 ０ 任与依赖结构软件。 国一位学者曾警告说： 美 “ 误 连接金属材质适应。Ｅ ３对应 Ｑ ３，Ｅ ０对应 年， ４ ２５ ５ 在美国、 澳大利亚等发达国家也已有 ３ 一 Ｏ 柏 用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时 Ｑ３５ ２５与 Ｑ ４ 连接 时 ， 该选 择 低强 度 的 年的历史； ４ 。Ｑ ３ ３５ 应 只要我们从每个环节人手把好关， 保证 间的问题” 。注重概念设计和工程判定是避免这 Ｅ ３ ４ ，而不是 Ｅ ０ ５ 。焊接设计 中不得任意加大焊 设计质量， 从而达到结构设计 的安全性和工程造 种工程灾难 的方法。 缝 。焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近。 价的 性价 比 。 ４构ｆＬ ｌ ｌ ￣ｔ ＝ ＂ 其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规 参考文献 构件的设计首先是材料的选择。比较常用 定。 【李 天， ｌ 】 高明辉， ＿ 王柯 铜构件主要几何 尺寸不定 的是 Ｑ ３ 似 Ａ ） Ｑ ４（ ２５ ３ 和 ３５ 类似 １Ｍ ）通常主 ６ｎ 。 ５ 栓接： ＿ ２ 铆接形式， 在建筑工程 中． 现已很少 性的调查分析ｌ． Ｊ郑州大学学报 ￣ １ ）ｏ ５ ） ２ ｏ０． 结构使用单～钢种以便于工程管理 。经济考虑， 采用。普通螺栓抗剪性能差， 可在次要结构部位 ｆ１ ２李红明， 国， 昊剑 俞铭华， 戴立飞， 贾丽． 钢结构住 也可 以选择不同强度钢材的组 合截面。 当强度起 使用 。高强螺栓， 使用 日益厂泛 。常用 ８ ｓ ．８ 和 宅结构设计中应 注意的问题厦对策 华东船舶 控制作用 时， 可选择 Ｑ ４ ； ３ ５当稳定起控 制作用时， １．ｓ 个强度 等 级 。根 据受 力 特点 分 承压 型 和 工业学院学报（ ０ 两 ９ 自然科 学版） ０４（ ． ’ ０ ，） ２ ５ 宜使用 Ｑ ３ 。构件设计中． ２５ 现行规范使用的是弹 摩膝型， 责 任 编辑 ： 莉 王 两者计算方法不同。高强螺栓最小规格
建筑索结构设计
概念、方法和实例张其林同济大学土木工程学院2008年9月22日石、土、木钢筋混凝土钢材索和膜受拉为主充气整体张拉+充气+整体张拉？索的构成和力学性能计算分析中的基本定义q初始状态找形q设计验算中的基本概念q工程实例简介索的构成和力学性能合金钢、不锈钢不锈钢：建筑幕墙结构，直径F12～F60合金钢：建筑主体结构，直径F20～F210强度级别235级、345级、460级、550级和I型锚头LG-abD×L表示拉杆；a、b表示拉杆两端的锚头形式；表示直径；L表示长度。
150mm、长度6000mm、两端锚头均为U型的钢拉LG-UU150×6000。
强度钢丝或钢绞线按平行或半平行方式扭绞而成,强度钢丝的直径一般为5mm和7mm。
: (f)d×N，强钢丝或钢绞线的直径，强钢丝或钢绞线的数量。
)5×7～(f)5×649)7×7～(f)7×649钢芯钢丝绳（6×19）小于5mm可采用纤维钢丝绳，其他建筑应采用钢芯钢丝绳索体的规格一般表示为：N×M股数（不计绳芯）束中高强钢丝的数量钢丝绳的规格范以6×M居多。
绞线经防腐处理后再对索体包裹防护套绞线经防腐处理后包裹防护套或润滑材料加防护套。
：索体可采用简单防护处理索体应采用多层防护处理不同工程不同索材在设计中注明。
料宜选用高密度聚乙烯。
挤压成型索体自锁工成镦头卡在夹板上合金结构钢合金结构钢。
拉索坯件应选用锻件。
符合钢索破断后而锚具和连接件均不能时应通过试验来确定。
为叉耳式、单耳式。
D=AL=LN松弛新索的应力——应变关系为线弹性的，其弹性模量松弛新索经10次循环加卸1.9×105MPa的数量级上，量一般小于钢丝和钢绞线自身的弹性模量。
：弹性模量不应小于1.9×105MPa；弹性模量：单股不应小于1.4×105MPa，多股不应小于1.1×105MPa束的公称截面面积，索体公称破断荷载的95%。
结构方案设计的主要内容及其设计原则
结构方案设计的主要内容及其设计原则以结构方案设计的主要内容及其设计原则为标题结构方案设计是指在进行工程、建筑、产品等项目的设计过程中，根据项目需求和要求，综合考虑各种因素，制定出最优的结构方案。
结构方案设计的主要内容包括：项目需求分析、结构类型选择、结构设计原则、材料选择、结构分析与计算、结构细部设计等。
在进行结构方案设计之前，需要对项目的需求进行详细的分析。
这包括理解项目的功能、使用要求、安全要求、经济要求以及环境要求等。
只有全面了解项目需求，才能制定出符合要求的结构方案。
在结构方案设计中，选择合适的结构类型是非常重要的。
不同的项目可能适用不同的结构类型，如梁柱结构、框架结构、拱结构、索结构等。
结构类型的选择应考虑项目的功能和要求，同时还要考虑结构的稳定性、承载能力、抗震性、施工便利性等因素。
在进行结构方案设计时，有一些基本的设计原则需要遵循。
首先是安全性原则，即结构方案应能满足项目的安全要求，确保在正常使用和异常荷载下结构不会发生破坏。
其次是经济性原则，即结构方案应在满足安全要求的前提下，尽可能减少投资成本、施工成本和运营成本。
此外，还要考虑美观性原则、可持续性原则等。
材料的选择是结构方案设计中另一个重要的内容。
不同的材料具有不同的力学性能和耐久性能，对结构的影响也不同。
因此，在结构方案设计中，需要根据项目的要求和条件选择合适的材料。
材料的选择要考虑其力学性能、施工性能、成本、环境影响等因素。
进行结构方案设计时，还需要进行结构的分析与计算。
结构分析是通过数学和力学的方法，对结构进行静力学、动力学和稳定性等方面的分析，得到结构的受力状态和变形情况。
结构计算是根据结构的受力状态和设计要求，进行力学计算和验算，确保结构的安全性和稳定性。
结构方案设计还包括结构的细部设计。
细部设计是指对结构的各个部分进行详细设计，包括构造节点的设计、连接方式的设计、构件尺寸的确定等。
细部设计要考虑结构的承载能力、变形控制、施工工艺等因素，确保结构的安全性和可行性。
建筑构造概述
民用建筑构造是指民用建筑中构件与配件的组成， 相互结合的方式、方法。民用建筑构造的主要研 究对象是民用建筑（房屋）的构造组成、各组成 部分的构造原理和构造方法。 构造原理研究各组成部分的要求，以及满足这些 要求的理论；构造方法则研究在构造原理指导下， 用建筑材料和制品构成构件和配件，以及构配件 之间的连接方法。
古时有花木兰“替父从军”的传说，满清有一则扈巧云 “替父修墙”的传说，这墙就是沈阳德胜门的“女儿墙”。 《辞源》里这么说：“城上垣，曰睥睨，。。。。亦曰女 墙，言其卑小比之于城。主要是城墙顶部筑于外侧的的连 续凹凸的齿形矮墙，以反击敌人在来犯时，掩护守城士兵 之用。 刘禹锡的《石头城》 山围故国周遭在，潮打空城寂寞回。 淮水东边旧时月，夜深还过女墙来。
（三）建筑标准的影响
建筑标准所包含的内容较多，与建筑构 造关系密切的主要有建筑的造价标准、建 筑装修标准和建筑设备标准。 标准高的建筑，其装修质量好，设备齐全 且档次高，自然建筑的造价也较高；反之， 则较低。
二、设计原则
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建筑构造研究的内容
建筑空间是人类生存和活动的主要场所，它使人 类能避开自然界的某些不利因素的影响，生活在 相对舒适的和易于控制的环境 中，建筑实体 正 是提供和界定空间的依托。
建筑构造 是专门研究民用与工业建筑实体建造 的一门综合性课程，是一门研究建筑物各组成部 分的构造原理和构造方法的学科。涉及建筑材料、 结构、建筑物理、建筑施工、建筑美学等学科。
浙江大学紫金港校区文体中心钢结构关键节点有限元分析
②复杂应力状态按照von Mises屈服准则判断是否达到屈服；
③有限元计算时作用在节点上的外荷载（耳板压力或支座反力）必须满足刚体平衡条件。有限元分析时刚体位移可通过施加附加约束排除，附加约束处的反力应等于或接近于零。
（3）有限元分析方法
根据以上铸钢节点有限元分析的原则，并结合本工程节点实际情况制定以下分析思路：
铸钢节点采用铸钢件，材质为：G20Mn5N，热处理状态为正火。其材性指标见下表。
为保证索夹与环索之间不相对滑动，索夹与环索接触的内侧面应用电焊条拉毛刺，毛刺高度应为1～2mm。另外，上下索夹之间的螺栓在拉索张拉后二次拧紧。
5、铸钢节点有限元分析
（1）分析内容
整个拉索体系的受力节点有①连接稳定索、中部水平索、桅杆前端斜拉索和吊索的索夹；②连接桅杆前端斜拉索和后端斜拉索的桅杆顶端节点；③连接稳定索、桅杆前端拉索和吊索的铸钢节点。因此对上述三种构件进行分析。
浙江大学紫金港校区文体中心钢结构关键节点有限元分析
摘要】浙江大学紫金港校区文体中心工程位于紫金港校区东部、风雨操场西侧。6000座位的体育馆建筑设计将为浙江大学校园内提供一个集中了高科技和环保理念的综合性体育场区，体育馆的顶部设计突出戏剧化的造型，顶部悬浮于主体建筑之上，由四根桁柱上伸出的悬缆固定，顶部呈现树叶的形态悬浮于主体建筑之上。四根高挑的桁柱上伸出24根前式承重索和8根后式承重索，东西两侧拔地而起4根稳定索，这些索从各个方向将体育馆屋顶漂浮的那枚“树叶”牢牢锁住，稳稳地悬固在空中。
4、铸钢节点设计
建筑结构中,铸钢节点是将结构构件、部件或板件连接成一体的铸钢件。铸钢节点在国内许多工程中已广泛应用,其优点如下[1-4]:1)多杆连接时可避免、降低节点处的残余应力;2)节点外形多样,满足特殊外形几何造型的要求;3)整体浇注且壁厚大于相邻杆件,因此节点刚度大,整体性好;4）铸钢节点为工厂成品制作，质量易于保证，且杆件夹角处为圆弧过渡，避免了应力集中现象。
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建筑索结构关键节点设计与构造研究
在建筑索结构中,拉索作为结构中的主要承重构件之一,索节点起到在拉索与相连构件之间的传力转换站的作用,其破坏更容易造成连续性倒塌,节点设计及构造细节对结构安全性、整体性、经济性具有决定性的作用。
拉索关键节点包括索夹、索鞍及索端。
然而国内建筑索结构节点相关的设计规范标准尚不完善,设计人员仍须借鉴其他行业的相关规范及经验的积累来完成设计。
本文主要对索端销接耳板节点和索夹节点设计构造两部分展开研究。
（1）索端销接耳板节点本文对索端销接耳板式节点承载力验算的已有规范和研究文献进行汇总,对比了国内外规范对承载力验算和构造的不同规定,指出规范有待完善和改进的部分。
进一步地,采用国内规范和欧洲规范设计得到不同耳板,进行尺寸和承载力对比分析;并以建筑索结构中无贴板耳板为例,进行三维实体有限元接触非线性分析,得到耳板的应力分布基本规律,并与增焊贴板的耳板进行对比,发现仅依赖围焊连接的贴板能够与主板共同受力,且改变了主板在焊脚附近的应力分布状态,为下文受拉销接耳板的承载力参数化试验和研究提供必要的理论基础。
通过材料性能试验和销接耳板参数化试验,研究耳板尺寸及构造对耳板抗拉承载力的影响,并根据试验得到的荷载-位移曲线,采用调整后的CEN双折线法,求得各耳板试件的屈服承载力。
根据试验结果,对国标中的耳板销孔中截面抗拉承载力计算公式、销孔前端距截面抗劈拉承载力计算公式进行调整,并提出了增焊贴板时的销孔中截面抗拉承载力公式。
采用材性试验得到的材料模型和参数,考虑材性非线性、接触非线性,对参数
化试验耳板进行三维实体有限元分析,得到荷载-位移曲线,并与试验得到的曲线进行对比,验证了有限元分析的准确性;对试验得到的承载力、有限元承载力、建议公式计算得到的承载力进行对比分析,验证了建议公式的合理性和可靠性。
另外,从耳板承载力计算方法、销轴承载力计算方法、构造要求三部分,给出了销接耳板节点系统性的建议设计方法,为工程设计人员提供一定的参考意义。
（2）索夹节点本文总结已有索夹抗滑移性能的研究成果,指出其局限性:国内外规范关于索夹设计内容不完善、规定不一致,尤其是抗滑承载力的计算和索夹抗滑试验的实施仍有待完善。
本文以郑州市奥林匹克体育中心项目体育场、游泳馆为背景,对两个场馆五种索夹抗滑移试验进行设计并实施,得到试验索夹在抗滑移过程中的滑动位移和高强螺栓紧固力的变化规律、抗滑移极限承载力及综合摩擦系数。
同时发现,与Galfan钢绞线夹持的索夹的综合摩擦系数高于与Galfan全封闭索夹持的索夹的综合摩擦系数。
根据索夹试验结果,对李金飞<sup>[1]</sup>给出的考虑高强螺栓预紧力损失的索夹抗滑移极限承载力计算公式进行验证分析与调整,并验证了在目前索夹试验情况下该套计算体系的合理可靠性,且归纳总结建筑索结构中索夹的建议设计方法和索夹抗滑移试验的具体操作要求。
最后对本文的研究内容和主要成果进行了总结,指出本文研究的不足,并对今后建筑索结构关键节点设计和构造的研究进行展望。