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高层钢结构建筑异形节点定制铸钢件
来源:钢结构门户网 www.gjgmh.com  2024-1-4 15:07:40

天幕Canopy,为公共空间遮风挡雨的同时,又能保证明亮的采光。天幕结构完全暴露在建筑空间中,结构形式、拓扑关系,及至节点细部都会影响建筑效果,结构与建筑、幕墙的一体化设计非常重要。

网格节点的设计难点

自由曲面形态的天幕,多个杆件汇交的网格节点的设计难点在于,兼顾结构力学性能、施工便利性和建筑美观三个方面。曲面网格节点的多杆汇交处,数量众多的钢板几乎不可能完全对齐,错边咬边问题很常见,这对结构、施工和建筑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,同时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),使得节点设计和施工难度更大。

四边形网格的建筑效果更简洁通透,但解决网格四点共面、拟合复杂曲面显然更加困难。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际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一定厚度,问题变得更加复杂。

无扭转节点(左)Vs 扭转节点(右)

总之,在复杂曲面网格中,节点设计需协调解决曲面平滑(幕墙表皮、结构上下表面3个表面)、构件尺寸均一、焊接难度等多个问题,往往很难同时兼顾。

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,还为索膜结构提供支点,受力比较复杂。
上海世博轴阳光谷

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

阳光谷共有一万多个节点,在其中空间关系最复杂、受力最大的位置采用铸钢节点,共573个。铸钢节点的关键在于如何低成本、快速地制作不同的铸模。

本工程将各不相同的铸钢节点按一定的截面规格拆解成标准模块,采用组合成模工艺(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。
杆件与节点牛腿拼接精确,焊缝外观不明显

图中节点中心圆形为景观灯点,小圆管为线管
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。
弯扭牛腿节点

除了少量铸钢节点以外,阳光谷大多数节点采用了牛腿焊接节点。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。
弯扭牛腿焊接节点,翼缘整体裁切

将翼缘板弯扭与每个杆件方向对齐
普通牛腿节点,受力大的腹板贯通

牛腿节点与铸钢节点的节点外观都比较平整,其施工的难点在于如何精确地拼接牛腿和杆件。阳光谷每个节点的径向误差控制在2mm以内,角度误差控制在0.1度以内。
牛腿焊接节点
拉结索膜的相关节点,局部杆件截面加高至450mm

排水管将膜面的雨水引入阳光谷内侧

钢结构和幕墙积灰较多,建筑已显得有些老旧

世博轴建成已有十余年,当时找形技术、BIM技术、数字控制技术还不像今天这么成熟,可想而之设计和施工的难度非常大。世博轴如今变成了世博源,延续着建筑存在的意义。
上海爱琴海购物公园的树形天幕与阳光谷形态相似,网格优化得更加均质优美,很少有奇异点,其节点也采用了节点牛腿与杆件拼接的方式。
上海爱琴海购物公园
高层钢结构建筑异形节点定制铸钢件高层钢结构建筑异形节点定制铸钢件高层钢结构建筑异形节点定制铸钢件
中庭为喇叭形的独立支承网格
从屋顶看玻璃板块划分,均质优美
由于结构表面有灯槽的遮盖,节点和牛腿的焊缝不容易被看到。而其它直接外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)。

   吴桥盈丰钢结构铸钢件制造有限公司(查看公司详细信息)
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