临时大跨度建筑顶部结构新型搭接技术探究.docx

临时大跨度建筑顶部结构新型搭接技术探究摘要：提出了一种用于临时大跨度建筑顶部的新型 结构形式，对其杆件和节点进行了设计和研究单个杆件采 用张悬梁的形式，节点采用对穿螺栓拼装，进行了计算机数 值模拟，从刚度、强度、材料消耗和施工便捷性等方面论述 了该结构形式的可行性和优越性，能实现通过单一构件重复 拼装，形成大跨结构的目的关键词：临时建筑新型顶部结构搭接节点1引言临时大跨度建筑以其施工快速，内部空间大等优势，在 当今社会应用十分广泛，如可用于临时展厅、灾后重建难民 安置场所、临时仓库等市场上现有的临时大跨度建筑以 “篷房”为主，其屋盖形式为三角桁架，该顶部形式少不了 大型钢构件的运输与吊装，对其应用有一定限制，尤其是在 山区和灾后重建区等机械进出困难的地方，受限更为明显目前，国内外并没有可以不使用大型构件的临时大跨度 产品基于这种现状，我们考虑设计一种新型的顶部结构形 式，通过单一的小型构件，采用合理的搭接方式，实现无机 械化快速安全施工2概念设计拟采用单元搭接成整体的方式，从“抬花轿”游戏（图 1）中受到启发：我们将单个手臂简单搭接，就能形成一个 受力面，承担起一个人的重量将这一受力面抽象出来如图 2,其中杆件相当于我们的手臂，杆件与杆件直接的节点连 接相当于手臂的抓握作用。

我们的目的就是设计出单根构件 的形式和节点形式，实现上述目的单根杆件采用张悬梁的形式（图3）,横杆为方钢管截面, 竖杆为空心钢管，斜线为钢索利用张悬梁自身受力性能的 合理性减轻结构自重，提高承载力3详细设计一一数值模拟结合市场上的规格材型号，首先选取一定的截面尺寸和 材料种类，在SAP2000中进行建模，并模拟加载，计算结构 内力和变形，设计构件的截面尺寸，验证该结构形式可行性3. 1建模数据钢材均采用Q235O3. 2计算结果材料用量，顶部总用钢量为7.15吨，单位面积用钢量 42. 3kg,与同等跨度下的篷房用钢量相近计算表明，结构均可满足刚度、强度和耗材的要求，且 该结构的控制因素为其挠度，为控制结构挠度，主要加强了 节点的受力性能4节点设计4.1设计要求节点需要满足以下要求：可快速安装和拆卸，形式简单；不出现材料破坏；节点 连接在变形上满足常使用要求；加工方便4. 2方案分析针对以上要求，综合考虑后我们设计了以下三个节点方 案，以及其优缺点分析比较及性能试验A节点：如图4.1,在连接处，割出Z形切口，加工出 螺栓孔，用螺栓连接紧固该设计受力明确，但形成了旋转 轴，产生节点上部受压下部受拉的较大变形。

加工会增加切 割步骤，但利用杆件材料作为连接件，节约材料，安装方便B节点：如图4. 2,在连接处，横杆中部加焊两块钢板, 加工螺栓孔，螺栓紧固该设计的凹形连接板的相当于提供 了侧向支撑，抑制了节点旋转，变形较A应该小；但由于另 外制作和加焊连接件，增加了加工难度和耗材C节点：如图4. 3,在连接处，端部加焊一块钢板在 再钢板上打出4个螺栓孔，以此形成连接节点；该设计受力 明确，由于节点接触面积大，拉压应力小，变形得到一定限 制；安装与加工比较方便，但增加了耗材量，并且端部加焊 的钢板使得构件不规则，可能给存放带来不便4.3节点实验4. 3. 1实验原理设计节点性能实验，直观反映节点的受力性能通过分级加载，获得各试件节点在各级荷载下的挠度 记录荷载一位移关系，比较节点刚度以及节点的优劣选择 刚度较大的节点形式作为实际应用的方案，尽可能增大结构 的整体刚度，减小跨中挠度由于实验目的是获取节点性能的比较数据，所以实验构 件没有加撑杆和拉锁，选用单节点试件，固定试件两端、在 中部连续加载，通过各级加载下的挠度来反应节点刚度的相 对大小4. 3. 2实验装置针对以上原理和目的，设计了以下实验设备(如图4.4、 4. 5)：装置说明：三棱柱支架为角钢焊接而成，为试件提供固 定端；试件固定端间距0. 55m；试件两端及中点安放3个百 分比，记录三个位移数据后换算出跨中真实位移；试件中部 下侧焊接挂钩，通过袪码盘作为加；分级加载，每级荷载为 20kgo4. 3. 3实验结果及分析分别记录三个节点的荷载一位移数据，整理如图4. 6。

三者的比较分析中可以得出：(1) A节点承载力明显小于B, C节点，据推测，B节点承载力可能会小于C节点;(2) 曲线斜率反映了节点破坏特征，斜率越大，节点 脆性破坏越明显，并且变形越大，从这点上比较节点优劣则, C>B>Ao因此，我们选择C节点作为整体模型和实际结构的节点 方案5模型实验根据设计方案，按照1: 10制作了小模型(图5.1),进 行拼装来模拟施工过程，发现施工中存在的问题完成后测 量中部位移，与理论计算进行对比经过实际拼装发现，螺栓的安装有一定困难由于结构 制作精度有限，一些螺栓孔难以吻合，会有螺栓不能插入螺 孔的情况出现为了避免这种情况的出现，我们认为按一定 顺序进行拼装尤为重要一种有效的拼装方式是从中间向四 周安装，这样一来，待拼装部位的单元只受到一侧已经安装 好的单元的约束，有一定的活动余地，可以通过进行细微的 调整来方便插入螺栓跨中位移测量结果略超过理论计算，原因可能是制作误 差和拼装质量等，如果在实际应用时提高制作精度和施工质 量，其位移可以控制在限制范围内6、总结经过数值模拟、理论分析以及实验验证，在合理选择构 件截面、节点形式、拼装方式后，该结构形式能够满足建筑 结构对安全性和适用性的要求，且与普通临时建筑的顶部结 构相比，构件轻小，拼装速度快，施工方便，灵活性大，基 本不受施工器具和运输条件限制，构件课重复使用，环保经 济，具有很大的市场潜力。

参考文献[1] 李国强，我国高层建筑钢一混凝土混合结构的发 展，第四届中日建筑结构交流会论文集，1999,大连；[2] 张少华姬东朱俊瞿仲明，多层木结构古建筑樺 卯节点拼装技术研究，施工技术，2010年10月，第39卷 第10期；[3] 刘福光，折叠型篷房专利，实用新型专利说明书，2006. 01；[4] 陈以一，圆钢管相贯节点抗弯刚度和承载力实验， 建筑结构学报，2001, 12；[5] 王伟陈以一.赵宪忠，钢管节点性能化设计的研 究现状与关键问题，土木工程学报，2007 (11)；[6] 黄冀卓，钢结构梁柱连接节点刚度的半解析测试方 法，工程力学，2011年1月；[7] 徐栋，节段施工体外预应力桥梁的极限强度分析[D],上海：同济大学，1999；[8] 李国强，当代建筑工程的新结构体系，建筑学报，2002.。