你了解建筑索結(jié)構(gòu)嗎？你知道怎么設(shè)計嗎？
關(guān)于建筑索結(jié)構(gòu)
建筑索結(jié)構(gòu)是指：用索作為主要受力構(gòu)件而形成的建筑結(jié)構(gòu)體系，形式眾多。
索構(gòu)件通常有鋼絲索（鋼絲束、鋼絞線、鋼絲繩）和鋼拉桿兩種類型。
索必須存在初始拉應(yīng)力才能參與結(jié)構(gòu)工作，初始拉應(yīng)力可以通過張拉形成，也可以由外荷載產(chǎn)生。
索結(jié)構(gòu)要對邊緣構(gòu)件及支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，保證索結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的可靠維持。
概括各種形式索結(jié)構(gòu)的受力及應(yīng)用特點。
根據(jù)受力特點可分為剛性和柔性索結(jié)構(gòu)：
剛性索結(jié)構(gòu)在荷載作用下滿足小變形假定，如斜拉結(jié)構(gòu)、張弦結(jié)構(gòu)（弦支穹頂）、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、索拱結(jié)構(gòu)、索托結(jié)構(gòu)等；
根據(jù)受力特點可分為剛性和柔性索結(jié)構(gòu)：
柔性索結(jié)構(gòu)的計算分析必須考慮幾何非線性效應(yīng)，各項荷載效應(yīng)之間不再滿足線性疊加原則，如懸索結(jié)構(gòu)（單索結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、雙層索系、橫向加勁索系）、索穹頂?shù)取?/p>
索結(jié)構(gòu)節(jié)點類型:
端頭連接：螺栓錨固、螺栓接長、耳板銷軸
中間連接：夾緊、轉(zhuǎn)向、滑動
按索節(jié)點的連接功能分類：
張拉節(jié)點、錨固節(jié)點、轉(zhuǎn)折節(jié)點、交叉節(jié)點、索桿節(jié)點
按索節(jié)點的連接作用分類：
索與索的連接、索與剛性構(gòu)件連接、索與支承構(gòu)件連接、索與圍護結(jié)構(gòu)連接
索與索的連接
同向拉索中間連接張緊
雙向拉索的連接
拉索與柔性邊索的連接
同向拉索中間連接張緊雙向拉索的連接拉索與柔性邊索的連接同向拉索在中間節(jié)點改變方向
平面內(nèi)不同方向拉索之間連接
索與剛性構(gòu)件連接拉索與橫向加勁桁架下弦連接
撐桿與下弦拉索的連接
拉索與橫向加勁桁架下弦連接撐桿與下弦拉索的連接斜索與剛性節(jié)點連接
撐桿上節(jié)點連接多個方向脊索
索與支承構(gòu)件連接拉索與鋼混支承構(gòu)件連接
拉索與支承鋼柱或鋼梁連接
徑向拉索與支承鋼環(huán)梁連接
索與圍護結(jié)構(gòu)連接拉索與鋼檁條
拉索與玻璃
建筑索結(jié)構(gòu)節(jié)點的特點⊙節(jié)點匯集桿件多，受力較為復(fù)雜；⊙節(jié)點常匯集有剛性桿件和柔性拉索；⊙節(jié)點形狀復(fù)雜；⊙存在幾種基本連接形式：螺桿、索夾、耳板銷軸、可滑動；⊙復(fù)雜節(jié)點可視為基本連接的組合體。
索結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計原則
綜合考慮建筑外觀、節(jié)點傳力方式并結(jié)合節(jié)點錨具和索體類型等進(jìn)行概念設(shè)計，確定節(jié)點連接形式，然后對節(jié)點進(jìn)行具體構(gòu)造設(shè)計。
按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用索結(jié)構(gòu)節(jié)點的材料（熱軋鋼、鑄鋼、高強螺栓副、銷軸、關(guān)節(jié)軸承、焊接材料、涂裝材料等）。
節(jié)點的構(gòu)造應(yīng)與計算假定相符，傳力路線簡捷明確、安全可靠，構(gòu)造簡單合理并便于制作、安裝、索力調(diào)整和維護，經(jīng)濟性好。
節(jié)點的強度（含局部承壓強度）、剛度、變形和受壓板件的穩(wěn)定性應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《鑄鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。
節(jié)點的承載力設(shè)計值應(yīng)不小于拉索內(nèi)力設(shè)計值的1.25～1.5倍。主要受拉節(jié)點焊縫質(zhì)量等級應(yīng)為一級，其它焊縫質(zhì)量不低于二級。對采用新材料或新工藝的重要、復(fù)雜節(jié)點，可根據(jù)節(jié)點實際受力狀態(tài)進(jìn)行足尺或縮尺模型的檢驗性試驗（最大內(nèi)力設(shè)計值的1.3倍）或破壞性試驗（最大內(nèi)力設(shè)計值的2.0倍）。
根據(jù)環(huán)境條件、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式、使用要求、施工條件和維護管理條件等進(jìn)行節(jié)點的防火與防腐設(shè)計。 螺桿連接節(jié)點設(shè)計螺桿連接節(jié)點的多種形式：拉索接長
索端錨固螺桿本身是錨具
通過錨箱轉(zhuǎn)換連接
不同承壓位置
設(shè)球鉸等轉(zhuǎn)動裝置，釋放因大變形引起的端部彎矩
螺桿連接節(jié)點設(shè)計的一般要求
1、螺桿連接中螺桿是索體的一部分時，螺桿與索按照等強設(shè)計；其他情況下螺桿承載力設(shè)計值應(yīng)按照索拉力設(shè)計值的1.25~1.5倍選取。
2、螺桿承載力計算時應(yīng)考慮螺紋對螺桿截面削弱的影響。
3、采用雙螺母、螺母加彈簧墊片、螺母下設(shè)置止動墊圈、螺栓上設(shè)置開口銷、自鎖螺母等方式防止螺母松動。
4、多螺桿連接設(shè)計時應(yīng)考慮合理的張拉順序，確保多根螺桿受力均衡。
5、螺母應(yīng)緊固牢靠，外露絲扣不應(yīng)少于兩扣；對于索-索螺桿連接，應(yīng)確保螺桿擰入錨具內(nèi)的螺紋長度不小于10倍螺距。
6、張拉時要對張拉工裝進(jìn)行專門設(shè)計，防止張拉過程中螺桿承受彎矩。螺桿連接節(jié)點的承載力驗算螺紋驗算螺紋是螺桿連接的關(guān)鍵部位，一般由生產(chǎn)單位進(jìn)行專門設(shè)計。
內(nèi)螺紋彎曲應(yīng)力驗算：
內(nèi)螺紋剪應(yīng)力驗算：
外螺紋彎曲應(yīng)力驗算：
外螺紋剪應(yīng)力驗算：
接觸面局部承壓驗算由于錨具端頭較螺桿直徑大，索體要穿過支承部位就需要預(yù)留較螺桿直徑更大的孔洞，使得螺母與錨固體接觸面較小，導(dǎo)致局部壓力很大。
支承構(gòu)件沖切（剪切）驗算若支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件（鋼板、混凝土板）較薄時，還容易發(fā)生沖切（剪切）破壞。
有限元分析螺桿連接節(jié)點常在節(jié)點連接域設(shè)置加勁板、隔板等，使得節(jié)點連接域構(gòu)造較為復(fù)雜。對于索力大、節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜的螺桿連接節(jié)點，應(yīng)建立有限元模型進(jìn)行分析。    *以上驗算分別按照現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行索夾節(jié)點的定義與構(gòu)成索夾節(jié)點是連接索體和相連構(gòu)件的一種不可滑動的節(jié)點。一般包括主體、壓板和高強螺栓。主體直接與非索構(gòu)件相連，壓板通過高強螺栓與主體相連，通過高強螺栓的緊固力使主體和壓板共同夾持住索體。
* 形式多樣，名稱多樣：夾具、鑄鋼夾具、U形夾、螺栓夾具、鋼板夾具、索球、索瓦、前壓塊、后壓塊、索壓塊等等。
索夾節(jié)點設(shè)計
索夾節(jié)點設(shè)計的一般要求應(yīng)具有足夠的承載力和剛度來有效傳遞結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并在結(jié)構(gòu)使用階段應(yīng)具有足夠的抗滑承載力，防止索夾與索體相對位移；構(gòu)造應(yīng)符合計算假定，做到傳力清晰、準(zhǔn)確，確保安全并便于制作和安裝；小型索夾可采用U型索夾，大型索夾宜采用鑄鋼件。
索夾材料應(yīng)采用具有良好延性的低合金鋼或者鑄鋼；索夾應(yīng)采用摩擦型大六角頭高強度螺栓；外包HDPE的拉索的抗滑承載力低于裸索，當(dāng)不平衡力較大時，索夾易滑動，且表面HDPE易被拉裂。因此對于外包HDPE的拉索，當(dāng)不平衡力較大時，應(yīng)制定孔道內(nèi)表面和夾持段索體外表面的抗滑和防腐專項措施。
強度承載力驗算索夾主體和壓板的A-A、B-B截面應(yīng)進(jìn)行強度承載力驗算。A-A截面的抗彎應(yīng)力比KM和抗剪應(yīng)力比KV驗算:
索夾主體和壓板的A-A、B-B截面應(yīng)進(jìn)行強度承載力驗算。B-B截面的抗拉應(yīng)力比KT驗算:
關(guān)于高強螺栓的初始緊固力
按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的高強螺栓預(yù)拉力設(shè)計值確定；或者由試驗確定，但不宜超出規(guī)范值的15%；
對于受力復(fù)雜的鑄鋼索夾宜通過彈塑性有限元分析確定其極限承載力。
抗滑承載力驗算
索夾抗滑設(shè)計承載力應(yīng)不低于索夾兩側(cè)不平衡索力設(shè)計值：
關(guān)選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com 于部分安全系數(shù)
索夾抗滑設(shè)計承載力的部分安全系數(shù)是參考《Eurocode 3 Design of steel structures》的叫法。
關(guān)于綜合摩擦系數(shù)
綜合了索體和索夾之間摩擦系數(shù)μ以及壓應(yīng)力分布均勻性。其中摩擦系數(shù)μ受索體和孔道接觸材料和粗糙度等因素的影響，而壓應(yīng)力分布均勻性受索夾剛度、孔道與索體之間間隙及加工精度等因素影響。對于外包HDPE的鋼絲束索、密封索和鋼絞線裸索，建議 分別取0.1、0.2和0.35。
由于影響因素眾多，多項工程試驗中變異較大，因此宜通過索夾抗滑承載力試驗來測定。
關(guān)于緊固力損失系數(shù)和高強螺栓有效緊固力
高強螺栓預(yù)緊后，由于高強螺栓自身應(yīng)力松弛、索體蠕變和后續(xù)索力增加導(dǎo)致高強螺栓緊固力顯著降低，因此高強螺栓有效緊固力計算式為
多項工程試驗中，高強螺栓緊固力損失系數(shù)大致范圍為0.25~0.55，變異較大，因此通過索夾抗滑承載力試驗來測定為宜。
索夾抗滑承載力試驗
試驗索夾制作加工和關(guān)鍵構(gòu)造尺寸應(yīng)與實際工程一致；
按照實際工況張拉至設(shè)計索力(預(yù)緊—張拉、張拉—預(yù)緊—張拉)；
到達(dá)設(shè)計索力后，靜置足夠的時間待高強螺栓緊固力衰減穩(wěn)定后再加載頂推索夾直至沿索體明顯滑動；
通過頂推過程的荷載-位移曲線確定索夾抗滑極限承載力。當(dāng)索夾的主體和壓板的滑移量都迅速增加，且頂推力難以繼續(xù)增加時，對應(yīng)的頂推力定為索夾抗滑極限承載力；
試驗極限承載力應(yīng)不低于抗滑設(shè)計承載力的1.5倍。
索夾構(gòu)造和制作要求
索夾主體和壓板上的高強螺栓孔徑應(yīng)比螺栓公稱直徑大1.5~2mm。主體和壓板應(yīng)配對制孔，且配對標(biāo)記；
索夾主體和壓板之間應(yīng)留有足夠的間隙，以保證高強螺栓預(yù)緊且索夾變形后主體和壓板之間無接觸，即高強螺栓的緊固力全部有效的作用在索體上；
索孔道允許偏差：孔直徑，0~2mm；孔中心與索夾節(jié)點中心間距，±1mm；孔道中心圓弧兩端切線夾角，±15’；
索孔道表面粗糙度要求：Ra=50μm；
索夾孔道口和邊緣應(yīng)倒圓角且打磨圓滑，圓角半徑宜不小于10mm；
索夾表面涂裝要求應(yīng)不低于主體鋼構(gòu)件。對鋼絲外露的裸索，應(yīng)在索夾孔道與索體接觸面熱噴鋅，厚度宜≥0.6mm且≤1mm。
耳板式節(jié)點設(shè)計
耳板式節(jié)點設(shè)計的一般要求
為保證拉索僅承受軸向拉力，避免索端彎曲，采用銷軸連接結(jié)構(gòu)耳板與索頭叉耳，即耳板式節(jié)點。
常見的耳板形式有：矩形、帶切角矩形、圓形、環(huán)形。
受力較大時，可在耳板的主板兩側(cè)加貼板的形式，對于鋼板耳板，貼板應(yīng)焊接在主板上；對于鑄鋼耳板，貼板宜鑄造成一體。
對耳板平面外存在較大轉(zhuǎn)角的節(jié)點，宜采用關(guān)節(jié)軸承。
耳板和銷軸的設(shè)計承載力應(yīng)不小于拉索內(nèi)力設(shè)計值的1.25-1.5倍。
形式特殊、受力特別復(fù)雜的特殊耳板式節(jié)點，應(yīng)進(jìn)行彈塑性有限元分析確定其設(shè)計承載力。
承載力驗算包括：耳板孔凈截面抗拉強度（Ⅰ-Ⅰ）、耳板端部截面抗劈拉強度（Ⅱ-Ⅱ）、抗剪強度（Ⅲ-Ⅲ）、耳板根部抗拉強度（Ⅳ-Ⅳ）、銷孔局部承壓強度、貼板焊縫承載力 。
耳板承載力驗算
耳板孔凈截面處的抗拉強度驗算
耳板根部全截面抗拉強度驗算
銷軸承載力驗算銷軸抗剪承載力驗算
構(gòu)造要求板端距離a
耳板最小厚度過薄的節(jié)點板不利于銷軸抗彎，同時會減弱節(jié)點板承壓應(yīng)力在板厚方向的重分布。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50017要求耳板厚度不得小于耳板每側(cè)凈寬1/4。這里建議最小厚度不低于20mm。
兩側(cè)貼板厚度t2宜相等，且t2宜取主板厚度t1的1/3~1/2。
矩形耳板的切角與構(gòu)件軸線成45°角，且切角邊凈距不小于耳板頂部的邊緣凈距。
銷軸與銷軸孔之間間隙宜滿足如下規(guī)定：當(dāng)銷軸直徑d<100mm時，銷孔間隙g≦1mm；當(dāng)時，100≦d<150時，g≦1.5mm；當(dāng)d≧150mm時，g<2mm。過大的間隙減小兩者的接觸面積，增大接觸壓應(yīng)力；容易造成連接的松動，增大連接件的二次應(yīng)力。
銷軸精加工部分的長度，應(yīng)比被連接的構(gòu)件兩外側(cè)面間的距離長6mm以上，且兩端應(yīng)有防止銷軸橫向滑脫的蓋板或螺母。
當(dāng)銷軸和銷軸表面要求機加工時，其質(zhì)量要求應(yīng)符合相應(yīng)的機械零件加工標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。耳板式節(jié)點安裝精度應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205要求。
可滑動節(jié)點設(shè)計
定義
可滑動節(jié)點是指根據(jù)受力或施工需要在節(jié)點處拉索可以滑動或限制滑動。一般包括安放拉索的索槽及其與支承構(gòu)件的連接，需要固定拉索時多與索夾連接組合。
兩類：施工階段滑動，使用階段固定；施工與使用階段均滑動。
可滑動節(jié)點應(yīng)用場合
在張弦結(jié)構(gòu)和索拱結(jié)構(gòu)中，當(dāng)撐桿在索軸線平面內(nèi)呈V字形布置時，索與撐桿連接宜采用可滑動節(jié)點，待施工張拉成型后再通過索夾與撐桿節(jié)點固定。
* 索鞍、索托、滾動節(jié)點、滑動節(jié)點
可滑動節(jié)點應(yīng)用場合
當(dāng)弦支穹頂結(jié)構(gòu)承受半（偏）跨荷載作用時, 可設(shè)置環(huán)索可滑動節(jié)點連接，從而降低環(huán)索、斜索和撐桿的內(nèi)力幅值，并使其均衡相等。
帶有環(huán)索的結(jié)構(gòu)，張拉環(huán)索過程中環(huán)索與節(jié)點摩擦阻力過大，造成較大預(yù)應(yīng)力損失，此時宜設(shè)置環(huán)索可滑動節(jié)點連接，待張拉成型后再固定拉索。
斜拉結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)中，當(dāng)需要拉索通過索塔節(jié)點改變方向以便錨固時，可采用帶有符合拉索彎曲形狀的索鞍來改變拉索的傳力方向，并根據(jù)需要采取構(gòu)造措施控制拉索與索鞍中索槽的滑動與固定。
索托結(jié)構(gòu)中拉索與結(jié)構(gòu)連接的節(jié)點宜采用反向的索槽，根據(jù)需要施工張拉成型后可通過索夾固定。
一般設(shè)計原則
節(jié)點的幾何設(shè)計應(yīng)確保索體光滑通過節(jié)點，避免在節(jié)點內(nèi)部對索體形成過大的折點。可滑動節(jié)點通常將節(jié)點索槽的彎曲弧度設(shè)計成與預(yù)應(yīng)力拉索的彎曲弧度一致。
節(jié)點的構(gòu)造設(shè)計應(yīng)確保拉索滑動過程中索體與節(jié)點間的摩擦力最小。可在索體與節(jié)點間布置潤滑材料（如聚四氟乙烯等）來減小摩擦力。也可以采用帶有滾動軸的做法，利用轉(zhuǎn)軸的滾動摩擦代替節(jié)點與索體間的滑動摩擦，采用設(shè)置可分離壓板的辦法，解決鋼拉索張拉后充分固定的問題。
索槽圓弧半徑一般為主索直徑的8～12倍，以減少主索鋼絲的二次應(yīng)力。
索槽尺寸應(yīng)能確保拉索滑動時不易脫槽，或設(shè)置構(gòu)造措施予以保證。
大型索鞍多為鑄鋼件制造，也有用鋼板組焊加工的。索鞍重量、外形尺寸應(yīng)綜合考慮運輸和安裝成本，否則應(yīng)進(jìn)行分塊。
承載力驗算
由于索結(jié)構(gòu)的空間受力特點，可滑動節(jié)點的索槽及其支承構(gòu)件可能處于復(fù)雜的三向空間受力狀態(tài)，應(yīng)按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行承載力驗算：
⊙通過索結(jié)構(gòu)整體計算得到最不利荷載組合下拉索的拉力，將其分解成對索槽底面的豎向力和索槽側(cè)面的水平力。
⊙驗算索槽底的承壓承載力。
⊙驗算索槽側(cè)面的擠壓承載力和抗剪承載力。
⊙驗算索槽支承構(gòu)件承載力。
⊙帶有滾動軸的可滑動節(jié)點還應(yīng)進(jìn)行滾動軸受剪和孔壁承壓承載力驗算。
⊙與可滑動節(jié)點組合的索夾驗算。
索結(jié)構(gòu)節(jié)點有限元分析
●有限元分析宜采用實體單元，徑厚比或?qū)捄癖炔恍∮?0的部位可采用板殼單元。
●在易于產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位，實體單元的最大邊長不應(yīng)大于該處最薄壁厚，其余部位的單元尺寸可適當(dāng)增大，但單元尺寸變化應(yīng)平緩。可進(jìn)行多種單元、尺寸的模型對比。
當(dāng)鋼材具有較長的屈服平臺時，材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可采用理想彈塑性模型；也可采用具有一定強化剛度的雙折線模型，使應(yīng)力-應(yīng)變具有明確的對應(yīng)關(guān)系，第二段折線的彈性模量可取第一段的2%-5%。強度準(zhǔn)則一般采用Von Mises屈服條件。
極限承載力可根據(jù)彈塑性有限元分析得出的荷載-位移全過程曲線確定。當(dāng)曲線具有明顯的極值點時，取極值點為極限承載力；當(dāng)曲線不具有明顯的極值點時，取荷載-位移曲線中剛度首次減小為初始剛度10%時的荷載為極限承載力。節(jié)點承載力設(shè)計值不應(yīng)大于彈塑性有限元分析所得極限承載力的1/2。
