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    ETFE天幕canopy，在為公共空間遮風(fēng)擋雨的同時(shí)，又能保證明亮的采光。天幕結(jié)構(gòu)完全暴露在建筑空間中，結(jié)構(gòu)形式、拓?fù)潢P(guān)系，及至節(jié)點(diǎn)細(xì)部都會(huì)影響建筑效果，這種情況下，結(jié)構(gòu)與建筑、幕墻的一體化設(shè)計(jì)非常重要。

網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

    自由曲面形態(tài)的天幕，多個(gè)桿件匯交的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，在于兼顧結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、施工便利性和建筑美觀三個(gè)方面。曲面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的多桿匯交處，數(shù)量眾多的鋼板幾乎不可能完全對(duì)齊，錯(cuò)邊咬邊問題常見，這對(duì)結(jié)構(gòu)、施工和建筑外觀都有不利的影響。常見的三角形網(wǎng)格，雖然結(jié)構(gòu)剛度更大，同時(shí)能保證幕墻玻璃為平板、減小了幕墻工藝的難度。但三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件數(shù)量更多，理論上不存在絕對(duì)的無扭轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)（Torsion-FreeNodes）,這使得節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工難度更大。

    四邊形網(wǎng)格的建筑效果更簡(jiǎn)潔通透，但解決網(wǎng)格四點(diǎn)共面、泥河復(fù)雜曲面顯然更加困難。即使是無扭轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件咬邊錯(cuò)邊也難以避免。

    由于曲面網(wǎng)格的桿件實(shí)際上有寬度和高度而非單線、桿件角度不同、以及結(jié)構(gòu)桿件層和玻璃面板層等構(gòu)造層都有一定厚度，則問題變得更加復(fù)雜。

    在復(fù)雜曲面網(wǎng)格中，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需協(xié)調(diào)解決曲面平滑（幕墻表皮、結(jié)構(gòu)上下表面3個(gè)表面）、構(gòu)件尺寸均一、焊接難度等多個(gè)問題，往往很難同時(shí)兼顧。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)

    常見三角形網(wǎng)格，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有5~8個(gè)桿件連接。桿件為方鋼管。在空間關(guān)系最復(fù)雜、受力最大的位置采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵在于如何低成本、快速地知錯(cuò)不同的鑄模。將各不相同的鑄鋼節(jié)點(diǎn)按一定的截面規(guī)格拆解成標(biāo)準(zhǔn)模塊，采用“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(jī)器人數(shù)控切割和定位，提高了鑄鋼節(jié)點(diǎn)的精度。

鑄鋼節(jié)點(diǎn)

桿件與節(jié)點(diǎn)牛腿拼接精確，焊縫外觀不明顯

彎扭牛腿節(jié)點(diǎn)

    除了鑄鋼節(jié)點(diǎn)以外，還可采用牛腿焊接節(jié)點(diǎn)。彎扭牛腿節(jié)點(diǎn)的翼緣板為整片裁切，再把翼緣（蓋板）配合桿件角度精加工彎扭，保證與桿件焊接節(jié)點(diǎn)的順滑過渡。

彎扭牛腿焊接節(jié)點(diǎn)，翼緣整體裁切

將翼緣板彎扭與每個(gè)桿件方向?qū)R

普通牛腿節(jié)點(diǎn)，受力大的腹板貫通

    牛腿節(jié)點(diǎn)與鑄鋼節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)外觀都比較平整，其施工的難點(diǎn)在于如何精確地拼接牛腿和桿件。陽光谷每個(gè)節(jié)點(diǎn)的徑向誤差控制在2mm以內(nèi)，角度誤差控制在0.1度以內(nèi)。

牛腿焊接節(jié)點(diǎn)

    鑄鋼和焊接牛腿避免了節(jié)點(diǎn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)焊接的問題，但桿件分段較多，牛腿與桿件拼接精度高。

輻射狀插板

    另一種插板節(jié)點(diǎn)，輻射狀插板是整段桿件與節(jié)點(diǎn)板焊接。

    傘狀穹頂結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了網(wǎng)課的形抗優(yōu)勢(shì)，營(yíng)造出建筑師非常期待的精致輕盈效果。

    節(jié)點(diǎn)中心為實(shí)心圓棒，6塊插板把節(jié)點(diǎn)分成6個(gè)扇形角，桿件端頭切成尖角與插板相貫焊接。

天幕節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)

樹干6插板節(jié)點(diǎn)：豎向插板較長(zhǎng)

    在底部近人的樹干部分，節(jié)點(diǎn)插板簡(jiǎn)化為4塊，桿件節(jié)點(diǎn)焊縫打磨更加平整、美觀。

樹干4插板節(jié)點(diǎn)

幕墻和燈線槽在結(jié)構(gòu)背后，僅燈點(diǎn)外露

    天幕頂部的節(jié)點(diǎn)也采用6插板節(jié)點(diǎn)，燈光和機(jī)電線槽布置在結(jié)構(gòu)上表面。

結(jié)合天幕形態(tài)設(shè)置檢修架、爬梯、吊點(diǎn)

    插板節(jié)點(diǎn)的焊縫為現(xiàn)場(chǎng)施焊，現(xiàn)場(chǎng)焊接量大、控制質(zhì)量難度更大。由于整體穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，構(gòu)件應(yīng)力水平較小的情況，因此一般情況插板節(jié)點(diǎn)也能滿足受力要求。

中心圓筒節(jié)點(diǎn)

    中心圓筒節(jié)點(diǎn)，適用于大跨度的復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)。建筑效果上又要求結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)潔、通透、構(gòu)件尺寸盡可能纖細(xì)。

    懸鏈形式的構(gòu)件截面寬度僅150mm、高度300mm（選用H300×150×6.5×9）其結(jié)構(gòu)效率非常高。

四邊形網(wǎng)格的圓筒節(jié)點(diǎn)

    由于懸鏈為四邊形網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)匯交的桿件數(shù)量少，設(shè)計(jì)上采用中心圓筒節(jié)點(diǎn)。以直徑273mm的空心圓鋼管，與網(wǎng)格桿件相貫，避免了桿件之間的焊縫重疊。以較厚的圓筒封板傳遞鋼梁翼緣的力。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

    由于懸鏈整體為水平風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)，構(gòu)件的應(yīng)力較小，焊縫的應(yīng)力變幅也比較小。在不影響建筑外觀的情況下，考慮腹板高強(qiáng)螺栓、翼緣焊接的節(jié)點(diǎn)方式，以便減少現(xiàn)場(chǎng)焊接量、方便施工安裝調(diào)節(jié)。

盤式裝配節(jié)點(diǎn)

    鋼結(jié)構(gòu)焊接設(shè)計(jì)時(shí)焊縫可以做到與構(gòu)建等強(qiáng)，而鋁合金焊接會(huì)大幅降低材料的強(qiáng)度與延性，因此在鋁合金的連接中多用機(jī)械連接。

    鋁合金網(wǎng)殼常用節(jié)點(diǎn)形式有板式節(jié)點(diǎn)、鋼芯螺栓節(jié)點(diǎn)及鑄鋁節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)盤板式節(jié)點(diǎn)應(yīng)用最廣泛。節(jié)點(diǎn)盤板式節(jié)點(diǎn)，是采用螺栓將上下弧形圓盤蓋板和桿件上下翼緣連接。

    這種連接方法注定節(jié)點(diǎn)無法與構(gòu)件等強(qiáng)，且節(jié)點(diǎn)抗剪性能弱。因此，不適合用以受彎為主的梁氏結(jié)構(gòu)，及拉應(yīng)力為主對(duì)節(jié)點(diǎn)需求要求較高的張力結(jié)構(gòu)。球殼結(jié)構(gòu)以壓應(yīng)力為主，構(gòu)件設(shè)計(jì)均為穩(wěn)定控制，對(duì)節(jié)點(diǎn)需求低，因此工程中應(yīng)用較多。

    特別適用于此類通過Y形外伸斜柱整體支承超大、大跨的單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

    為降低結(jié)構(gòu)防腐維護(hù)需求和減輕自重，“云廊”采用鋁合金為主、部分區(qū)域鋼鋁混合的結(jié)構(gòu)選材?；诠こ虒?shí)際需求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)了已有的鋁合金盤式節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)抗剪和抗彎性能，并通過試驗(yàn)和有限元分析進(jìn)行驗(yàn)證。

普通盤式節(jié)點(diǎn)和改進(jìn)后的盤式節(jié)點(diǎn)對(duì)比

    此外，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)施工可操作性，設(shè)計(jì)了鋼鋁混合連接節(jié)點(diǎn)，并通過有限元分析研究其受力性能。

中心筒式裝配節(jié)點(diǎn)

    中心筒式裝配節(jié)點(diǎn)。桿件端面通過螺栓與節(jié)點(diǎn)圓筒連接。栓接節(jié)點(diǎn)克服了全焊接節(jié)點(diǎn)焊接工作量大、焊接變形難控制、咬邊錯(cuò)邊的問題。

    但因?yàn)槁菟ú贾迷跅U件端面，并不能完全傳遞桿件翼緣的力，節(jié)點(diǎn)剛度特征為半剛性，對(duì)網(wǎng)殼的剛度和穩(wěn)定有一定的削弱。

6根方管與中心圓筒栓接裝配節(jié)點(diǎn)

相貫焊接

    如果網(wǎng)格有明確的主要傳力方向，可以讓主受力桿件貫通，其它次要桿件與主桿件相貫連接，即相貫焊接接節(jié)點(diǎn)。

    菱形網(wǎng)格編織向上生長(zhǎng)并逐步擴(kuò)大，到頂部3/4處，在菱形網(wǎng)格中增加一根對(duì)角桿件，形成三角形網(wǎng)格。

    屋蓋徑向桿件主要承擔(dān)彎矩，所以采用了抗彎效率更高矩形鋼管。而菱形的網(wǎng)格桿件主要承擔(dān)軸力，所以采用圓鋼管。

    這樣方管與圓管巧妙地搭配，區(qū)分出主次層級(jí)關(guān)系，次級(jí)的圓管與貫通的方管焊接。此外，還簡(jiǎn)化了圓管與方管之間的銜接節(jié)點(diǎn)，以及方管與上部屋面檁條的連接節(jié)點(diǎn)。

圓管、方管以及屋面檁條的節(jié)點(diǎn)

編織節(jié)點(diǎn)

    如果網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿件比較大，難以采用以上匯交節(jié)點(diǎn)，以錯(cuò)層編織的方式保持構(gòu)件連續(xù)也是一種方法。

    “鐵樹”呈橢圓形，同樣采用了富有韻律感的菱形網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大，匯交節(jié)點(diǎn)不能做到等強(qiáng)連接，并且很難實(shí)現(xiàn)精致的外觀。編織的做法是使內(nèi)外兩層圓管錯(cuò)開而互不相交。

    鋼管順時(shí)針采用和逆時(shí)針結(jié)合排布。在網(wǎng)格的中部設(shè)置4道環(huán)形構(gòu)件，環(huán)形構(gòu)件采用方管，方管正好位于內(nèi)外兩層圓管的中間。三層構(gòu)件均不共面，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)點(diǎn)的處理更有利。