新型建筑体系构件节点类型

yingfeng201973

新型建筑体系的不断出现，导致连接各构件的节点类型不断增加，节点构造日趋复杂。作为受力最集中的部位，节点对整体结构的安全性十分重要，节点一旦破坏，相连杆件将会丧失部分或全部承载能力，可能会改变力的传递路径，发生局部破坏，严重的还会导致整个结构体系发生连续性破坏。随着建筑业的持续发展，传统的节点形式已不能满足现代结构对建筑造型及功能的需求。节点构造的好坏对建筑结构力的传递路径、工程进度和造价都有相当大的影响。
　　一、构件节点的发展历程

　　在土木工程领域，古代人类最早用木头建造房屋，而榫卯和木钉就是最早出现的节点连接方式，发展到了现代，木结构建筑主要采用铁钉、螺栓、连接件等方式，随着建筑材料的革新和建筑行业的不断发展，进而有了砖混结构，混凝土结构，钢结构，钢-混凝土结构等结构体系，传统的节点形式已经远远不能满足现代建筑行业的需求，故而出现了螺栓连接、焊接等一系列新型节点连接形式。但每种节点连接方式都有其自己的适用范围，木结构的常用的连接方法有榫卯、钉连接、螺栓连接和连接件连接等；混凝土梁柱连接一般为现浇和预制两种；钢结构有焊接、铆钉连接和螺栓连接。除上述连接外，在轻钢结构中还经常采用抽芯铆钉、自攻螺钉和焊钉等连接方式。

　　二、节点连接的类型和特点
8 d7 S8 p6 h3 f
' r9 \" v$ q8 ^- e5 u　　2.1榫卯连接
- P3 @4 d' f) k6 j# T% q! l
. N  n# v% L; W" ?# h9 {9 [: J& w　　榫卯连接是中国独创的一种连接方式，“榫”就是凸出来的部分，“卯”就是凹进去的部分，榫卯结构的连接不需要借助其他辅助件，仅仅依靠建筑本身各构件来完成组合，既美观，又经久耐用，而且其组合和拆卸都非常方便。卯榫结构在传承与发展的过程中不断创新，至今已有上百种榫卯，最常用的有龙凤榫、抱肩榫、夹头榫等几十种类型，代表建筑有紫禁城，大观园，山西悬空寺等。这种结构不仅能够承受较大的荷载，还能允许一定的变形，在地震荷载作用下通过变形来吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应，具有较好的抗震性能。
! b. \: _8 B' r7 e. c
: k0 d) p* n1 q
! r5 i6 S5 s' t9 ]+ t　　2.2铆钉连接

! `% d. P2 {9 y' J/ z8 K) u　　铆钉连接是将预制钉头插人被连接构件的钉孔中，然后在外力的作用下，将另一端压成封闭状，使连接件被铆钉卡紧而形成的一种牢固连接。铆钉的分类不拘形式，种类繁多，常用的有半圆头铆钉、实心铆钉、抽芯铆钉和空心铆钉等。　　　　铆钉连接具有力的传递路径可靠，铆接强度高，密封性能好，塑性和韧性较好，质量易于控制等优点，可用于承受动载的重型结构，但其构造复杂，加工精度要求高，费工费时。目前，铆钉连接很少被采用，已基本被焊接和高强螺栓连接所取代.
; E+ h: P2 W/ y6 e3 e8 o7 J
1 L! A, J  Q  f* P4 B( ?1 v6 o　　2.3螺栓连接

5 ]( @& q  k7 {; q　　螺栓连接是用于紧固连接两个带有通孔零件的一种连接形式，应用比较广泛。目前钢结构领域比较常用的节点连接形式有普通螺栓连接和高强度螺栓连接，螺栓连接具有施工方便，结构简单，形式多样，装拆方便，成本低等优点，特别适用于工地安装。但螺栓连接必须对构件进行开孔处理，构件截面受到一定的削弱，而且被连接的构件需要互相搭接或另设拼接件等连接件，用材量较大。而且在交变荷载作用下，易松动。

! k' }- {) Y( ]4 b# D) E5 S　　2.4焊接

　　焊接是通过热量使焊条和焊件熔化经冷却凝结连接成一体的连接形式。焊接被广泛应用于钢结构建筑领域中，其优点是：任何形式的构件一般都可直接相连，不用削弱构件的截面。构造简单，用料经济，制造加工方便，连接刚度大，自动化程度高。其缺点是：焊缝附近的钢材会因焊接高温作用而形成热影响区，导致局部材质变脆。焊接过程中钢材受到不均匀的加热和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，对结构的承载力、刚度和使用性能有一定的影响。此外，焊接连接刚度大，局部裂缝一旦发生很容易扩展到整体，且焊接的塑性和韧性较差，低温下容易发生脆性破坏。

9 G! ]  T% L% t　　2.5铸钢节点

# a" A# R# {8 ?5 K　　铸钢节点是整体浇筑连接的一种形式，形状千差万别。根据铸钢节点的内部构造可分为实心铸钢节点、空心铸钢节点和半空心半实心铸钢节点；根据节点形式主要分为铸钢空心球管节点、铸钢支座节点和铸钢相贯节点等。铸钢节点相比以上的节点连接形式，主要特点为：（1）整体性好。铸钢节点在厂内整体浇铸，可避免相贯线切割及重叠焊缝焊接引起的应力集中；（2）适应性。铸钢节点设计自由度大，根据建筑结构的不同需要可生产出具有复杂外形和内部结构的节点，同时也可按受力状况采取最合理的截面形式，改善节点的应力分布；（3）应用广。铸钢节点不受节点的形状、位置和尺寸的限制，不但能用于结构的中部节点，也能用于支座节点。铸钢节点主要应用在支座节点、杆件节点、锚具夹具等建筑构件中，具有广阔的应用前景。
( l+ b& T/ x; R* n0 D) r4 e
　　三、归纳对比

　　针对土木工程中常用构件连接节点的类型，对其优缺点做出了简单的对比，结果如下。

　　（1）榫卯连接：常用结构为木结构。优点：中国独创，自身组合，具有视觉美感，易于拆卸，抗震性较好；缺点：机械化难度大，要求精度高，纵向上具备强度和韧性，横向容易折断。

　　（2）铆钉连接：常用结构为钢结构。优点：种类多，强度高，塑性和韧性好，易于检查；缺点：精度高，费钢费工，劳动条件差，成本高。

- R! ~6 f$ E! n( x, G" k　　（3）螺栓连接：常用结构为木结构和钢结构。优点：结构简单，形式多样，装拆方便，成本低，适用于工地安装；缺点：开孔对构件截面有一定削弱，增加用钢量，精度要求高。

5 Z$ r4 ?5 [. e3 X　　（4）焊接连接：常用结构为钢结构。优点：构造简单，加工方便，刚度大，自动化程度高；缺点：焊接容易产生缺陷，进而发生脆性破坏。
2 g8 Q% @) U+ R$ d1 R
$ g$ p7 U( X! _7 v; O; c) L　　（5）铸钢连接：常用结构为钢结构。优点：整体浇筑，适应性强，应用范围广；缺点：工艺高，自重较大，成本较高，受力复杂。

2 ?1 J+ T9 U6 K" x/ I  j　　由土木工程中常用类型节点连接的对比结果可知，每种节点都有自己独特的优越性和适用性，我们很难去一概而论哪类节点好，哪类节点不好，只有视具体情况而定。
& Y& ]" G7 S( j
! j  u8 u0 M/ C% x　　
0 |: v5 L' A0 }/ a- T5 u
　　随着土木工程的不断发展，节点连接的形式和种类越来越多，不同的连接方式具有不同的适用范围。大多数节点的连接形式都在相同性质材料之间适用，今后节点应该向不同材料构件之间的方向发展，争取取得突破性的进展。