盡管結(jié)構(gòu)形式的選擇通常是結(jié)構(gòu)工程師的工作，但建筑師也必須對(duì)影響結(jié)構(gòu)和連接設(shè)計(jì)的因素有一定的了解。即使國(guó)內(nèi)大部分鋼連接部件的設(shè)計(jì)由廠家完成，建筑師也必須對(duì)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑部件的連接方法、控制性原則和因素有清晰的認(rèn)識(shí)。

一、鋼結(jié)構(gòu)部件和特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)部件的另一個(gè)特點(diǎn)是截面多樣性:另一方面，鋼材的各向均勻性可以加工成各種形狀，與木材的各向非均勻性差異顯著:同一線性結(jié)構(gòu)部件，鋼結(jié)構(gòu)的截面多樣性與木結(jié)構(gòu)無法比擬，這也是有工字鋼而沒有工字木的原因，部件結(jié)構(gòu)中的連接部件幾乎都是鋼在受力范圍允許的情況下，不同型號(hào)的鋼材的選擇可以導(dǎo)致不同形式的連接。

二、連接設(shè)計(jì)受到的制約

鋼材種類繁多，耐受性也不同，連接設(shè)計(jì)通常受到以下因素的制約:

1.部件來源:理論上鋼結(jié)構(gòu)部件和連接部件具有任何加工性，但在各具體項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)部件和連接部件總是受到現(xiàn)實(shí)條件的制約。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師通常選擇易于獲得、易于安裝的型鋼，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效的連接方式和連接部件。

2.連接手段的限制:鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)之一采用工廠加工、現(xiàn)場(chǎng)組裝。這是與傳統(tǒng)的構(gòu)筑方式不同而產(chǎn)生大量節(jié)點(diǎn)的原因。各種型鋼之間的連接主要有鉚接、焊接、栓接三種手段。鋼結(jié)構(gòu)建筑初期多采用鉚接，施工簡(jiǎn)單，但需要在構(gòu)件上挖出洞口，降低斷面性能，節(jié)點(diǎn)容易產(chǎn)生集中應(yīng)力，最近不采用。采用焊接節(jié)點(diǎn)，外觀簡(jiǎn)潔，負(fù)荷傳遞效率連續(xù)，但施工作業(yè)要求高。后期出現(xiàn)的高強(qiáng)螺栓連接，同樣可以達(dá)到類似焊接的強(qiáng)度要求，在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中大量采用。

3.連接部件具有層次性:鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系之間存在復(fù)雜邏輯的層次關(guān)系，在連接層次上，該層次關(guān)系反映了部件尺寸和安裝前后的差異。連接的目的是實(shí)現(xiàn)層次轉(zhuǎn)換，也是實(shí)現(xiàn)力從三維轉(zhuǎn)換到二維，最終傳達(dá)到一維部件的關(guān)鍵。復(fù)雜的連接通常由立體連接部件、平面連接部件組合而成。

4.連接構(gòu)件所處的平面：兩個(gè)線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件總是處在一個(gè)平面內(nèi)，該平面為構(gòu)件應(yīng)力的發(fā)生平面，連接構(gòu)件為了有效抵抗這個(gè)平面內(nèi)的應(yīng)力、彎矩或剪力，常常設(shè)計(jì)在此平面內(nèi)，如鋼管與拉索的焊片總處在這兩者構(gòu)成的平面中；在多個(gè)構(gòu)件的連接情況下，組合的平面構(gòu)件可以與立體的受力情況相對(duì)應(yīng)。

三、連接對(duì)象的原型與連接的分類

鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)建包括桿件與索兩種基本類型，由此產(chǎn)生的連接方式可分作索與索的連接，桿件與桿件的連接，索與桿件的連接。無論平面結(jié)構(gòu)或是空間結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)件單體的線性特質(zhì)，結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜與否并不會(huì)導(dǎo)致更多類型的連接，而復(fù)雜的連接可看作由這三種基本類型組合而成。

1.索與索的連接

索在結(jié)構(gòu)體系中只承受拉力，內(nèi)力沿索的軸線不變，索的截面不會(huì)因長(zhǎng)度變化而變化。其連接特點(diǎn)如下：

a.位于端部的連接必須通過索套來實(shí)現(xiàn)。

b.電纜中部的連接可以用各種夾具完成。

c.多根電纜的連接需要設(shè)計(jì)新的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)電纜與電纜的組合方式的不同，常見的單層或雙層電纜的構(gòu)造，根據(jù)配置方式的不同可以平行或放射線等形式。索網(wǎng)的輕量有效，符合人們對(duì)輕量和透明的普遍追求。皮亞諾設(shè)計(jì)位于意大利的Banca，Popolaredilodi總部室外廣場(chǎng)的玻璃屋頂，受力結(jié)構(gòu)由上下兩組索網(wǎng)相互連接，玻璃夾在結(jié)構(gòu)中間，水平方向的聯(lián)系索加強(qiáng)穩(wěn)定，固定在周圍混凝土墻壁上，所有節(jié)點(diǎn)都是索索索連接

2.部件與部件的連接

部件更早出現(xiàn)，應(yīng)用也更廣泛，部件可拉可壓，因此部件之間的連接設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜變化。決定部件連接設(shè)計(jì)的因素主要有

a.部件之間的交角兩個(gè)方面。

b.部件各自的截面形式。前者由結(jié)構(gòu)體系決定，后者可在連接設(shè)計(jì)階段選擇不同型號(hào)的鋼或組合，便于連接部件的設(shè)計(jì)。

交角不垂直時(shí)，應(yīng)慎重選擇部件截面，降低節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難度。在柏林某信息中心的梁柱連接中，圓鋼管柱突然斷裂，與多塊鋼板焊接在工字鋼梁上，交接非常機(jī)械僵硬。與之形成對(duì)比，赫佐格設(shè)計(jì)的漢諾威展覽大廳屋頂處梁柱連接設(shè)計(jì)中，一方面，選擇拉索避免了桿件間的非垂直交接；另一方面，方形鋼管柱在連接處的分解與圓形變化，使其與圓形鋼管梁之間的連接過渡的自然合理。

在貝聿銘設(shè)計(jì)的美秀博物館屋頂構(gòu)架中，多根桿件的立體交接沒有采用常規(guī)球形節(jié)點(diǎn)做法，而是設(shè)計(jì)了一個(gè)多方向板式鑄鋼節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，橫向鋼管貫穿其間且保持截面不變，其余構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)化為鋼板與節(jié)點(diǎn)構(gòu)件用螺栓連接，從而保證了結(jié)構(gòu)面與屋頂面平行，取得簡(jiǎn)潔平整的效果。如若用普通球形節(jié)點(diǎn)，那么龐大的節(jié)點(diǎn)勢(shì)必使屋頂構(gòu)架顯得沉重，也無法反映傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中榫卯連接的簡(jiǎn)潔，更難以取得這樣的藝術(shù)效果。

3.電纜與部件的連接

電纜最符合鋼材的材料性能，但由于只具有單向拉伸性能的柔性部件，電纜與部件的結(jié)合構(gòu)體系可以獲得輕量穩(wěn)定的雙重優(yōu)勢(shì)，如近年來在大跨領(lǐng)域流行的張拉弦結(jié)構(gòu)。即使跨度建筑中，索和部件的組合方式也相當(dāng)普遍。

連接設(shè)計(jì)根據(jù)電纜的連續(xù)性，必須采用不同的連接部件對(duì)應(yīng):位于電纜端部的連接，必須通過電纜、螺栓、焊接部件的一系列部件和部件進(jìn)行固定。該連接程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，應(yīng)用也非常普遍，同時(shí)可以選擇電纜夾緊焊接部件和焊接夾緊套的兩種不同方式。如意大利熱那亞舊港重新開發(fā)項(xiàng)目中，索膜與部件的連接分別采用灰色和白色的不同水平。但是，也可以通過電纜套的特殊設(shè)計(jì)直接結(jié)合部件電纜套的省略意味著電纜套必須承擔(dān)轉(zhuǎn)換電纜和部件角度的功能。例如，吉芭比文化中心電纜與基座的連接:尺寸夸張有力，轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度的電纜套整合了電纜套的功能，該節(jié)點(diǎn)在這種連接中獨(dú)特。電纜中部的連接可以用電纜夾，電纜夾(少數(shù)情況下也可以用焊接方法)固定電纜和部件的位置。在漢諾威貿(mào)易交易廳的魚腹梁中，上弦桿和下弦索的連接設(shè)計(jì)用索卡固定。

四、連接設(shè)計(jì)方法

相當(dāng)部分分的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)對(duì)部件形式和尺寸的要求不太嚴(yán)格，給部件和連接設(shè)計(jì)帶來了相當(dāng)大的設(shè)計(jì)馀地。建筑師對(duì)部件形式和尺寸的選擇與連接設(shè)計(jì)和連接形式有關(guān)。對(duì)于國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)師來說，實(shí)際情況往往是有限型鋼的選擇和少數(shù)成型連接部件，因此設(shè)計(jì)方法尤為重要，即使這些方法和手段有純粹表現(xiàn)的顏色。

1.拆卸分解的對(duì)象是結(jié)構(gòu)概念中抽象的單一構(gòu)件，在實(shí)際連接中常表現(xiàn)為構(gòu)件數(shù)量的拆卸或截面形式的拆卸。該手法在包括鋼結(jié)構(gòu)在內(nèi)的部件系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)中很常見，例如懸掛結(jié)構(gòu)中的受壓部件經(jīng)常分解為幾根部件的組合的柱子經(jīng)常分解為柱子等。這些分解有的是出于結(jié)構(gòu)受力的需要，有的僅僅是為了在構(gòu)件中制造間隙，方便連接。復(fù)雜節(jié)點(diǎn)采用分解設(shè)計(jì)有利于提煉出連接的基本形式，從而達(dá)到簡(jiǎn)化連接概念，整合節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的目的。

位于美國(guó)休斯敦名為CyTwombly畫廊的鋼結(jié)構(gòu)屋面連接設(shè)計(jì)中，大量運(yùn)用拆卸的概念，巧妙地將多層屋面結(jié)構(gòu)與遮陽系統(tǒng)結(jié)合起來。首先是由工字鋼組成的網(wǎng)格形遮陽結(jié)構(gòu)，天窗結(jié)構(gòu)懸掛在遮陽結(jié)構(gòu)下。由于拉伸部件符合鋼材的力學(xué)性質(zhì)，尺寸小，懸掛的拉桿沒有分解，鋼梁力復(fù)雜(彎曲、剪切)，尺寸大，一根分解為兩根。整個(gè)屋頂設(shè)計(jì)邏輯清晰，表現(xiàn)出屋頂功能上的層次概念。

2.轉(zhuǎn)換截面形式的考慮和尺寸的轉(zhuǎn)換也是連接設(shè)計(jì)的主要問題。轉(zhuǎn)換的目的是縮小部件的截面，便于連接設(shè)計(jì)。部件截面一般分為兩類:管狀截面(如圓鋼管)和非管狀截面(如工字鋼)。前者之間的連接通常需要縮小截面，如網(wǎng)球節(jié)點(diǎn)縮小的實(shí)心鋼管。后者之間的連接通常對(duì)部件進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。例如，去除寬翼，只保留型鋼的高度部分，與分解設(shè)計(jì)結(jié)合較多。除了改變部件的截面形狀外，沿垂直于部件軸線的面切斷部件后，設(shè)計(jì)新的節(jié)點(diǎn)連接也是常用的方法。例如，在以前討論過的美秀博物館屋頂框架節(jié)點(diǎn)中，鋼管截面的轉(zhuǎn)換不僅給連接帶來了便利，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的靈活性也得到了體現(xiàn)，在表現(xiàn)傳遞力的同時(shí)，利用雕刻般的設(shè)計(jì)將力的流動(dòng)視覺化、藝術(shù)化。

3.集成設(shè)計(jì)立足于減少部件的種類和數(shù)量，簡(jiǎn)化連接方式，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)形式的整體性，使這樣的設(shè)計(jì)作品具有優(yōu)雅的形象。該方法有兩個(gè)前提:

1)各節(jié)點(diǎn)受力方式相同。

2)結(jié)構(gòu)部件的截面形狀相似，尺度相似。受力方式相同，保證了選擇相似截面的科學(xué)性，截面形式相似，尺度相似，保證了視覺的整體性。

福斯特設(shè)計(jì)的由鋼和玻璃組成的英國(guó)劍橋法律系樓的外表皮，模糊了窗、墻、屋頂之間的概念，構(gòu)件間的連接采用整合設(shè)計(jì)正好表達(dá)了這一思想。編織狀的表皮是由許多高度極小的拱型空腹梁交織而成的結(jié)構(gòu)，所有構(gòu)件皆為圓形鋼管焊接，整個(gè)結(jié)構(gòu)顯得勻質(zhì)而典雅。無獨(dú)有偶，OMA設(shè)計(jì)的西雅圖中央圖書館的表皮設(shè)計(jì)運(yùn)用了同樣原理。為了達(dá)到整合的效果，整個(gè)建筑的所有表面完全由相交成菱形的工字鋼組成，工字鋼截面形狀、尺度大小完全一致，聯(lián)結(jié)方式也統(tǒng)一采用鉚接，經(jīng)過受力分析計(jì)算，在受力較大、需要加大截面高度的地方采用了兩根或三根工字鋼疊加完成，手法理性而又浪漫，成就了圖書館安靜祥和的氣氛。

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