膜结构节点细部设计原则有哪些
2020-04-26
膜结构节点细部设计原则有哪些？
节点细部设计是膜结构工程设计最重要技术环节，不仅影响膜建筑整体与局部建筑艺术性，且影响构件制作、安装、结构受力安全、造价等。连接节点构造设计充分体现了膜结构设计的美学、专业性、综合性与精密技术性，可以说是膜结构设计的灵魂。
膜结构节点具体形式纷繁复杂，十分丰富。根据膜作用与连接关系，可分为膜节点( Fabric-to-Fabric)、膜与刚性边界(Fabric-to-Rigid-Edge)、膜与柔性边界索( Fabric-to-Cable);根据节点位置与构造形式，可分为顶点(高或低点)、脊线、谷线、角隅节点等。
下面将先介绍节点设计一般原则，然后详细介绍膜结构的常用节点形式、特点及其设计。
1、一般设计原则
个性化膜建筑与节点细部永远为设计师所推崇，但节点细部设计仍遵循一定的普遍设计思想。个性化设计衍生于共性的一般原则，基于共性原则创造个性设计。
节点设计共性原则主要包括：结构设计、建筑设计、几何设计、材料与制作工艺、安装与维护、预张力导入机制、造价控制等。
(1)结构设计
任何连接节点应传力路径直接、简洁，有效传递内力，具有与运动协调的约束机制，同时具有足够结构强度，符合“强节点”思想，节点一般不先于结构构件破坏，以及必要的赘余度。高(低)点、角隅节点膜应力集中效应大，节点细部须可靠扩散并传递应力。气承式、气囊式膜特殊节点须满足气密性。
(2)建筑设计
节点设计与膜建筑总体设计协调，选择相适应的材料与工艺，同时满足不同建筑环境的防腐、防水要求。至于节点美观是无论如何重视都不过分，任何节点设计都应放到特定局部与整体环境，以唯美去审视、思量，如连接件的光滑精美外形、力流的连续流畅、对称与平衡、轻灵简洁性等。
(3)几何设计精细的几何设计对膜结构连接节点尤为重要。首先仔细分析清楚连接节点的几何关系，如空间几何、连接与约束、定位;然后考虑膜曲面平滑协调连接、必要的尺寸和空间，以及节点体量与整体比例。
(4)材料与制作工艺
如果说其他因素主要体现设计者的智慧和思想，材料与制作工艺则主要依据膜建筑的总体定位选择，对造价有直接影响。现在主要材料为钢材( Q235、Q275、Q345、20号)、不锈钢(304、316、316L)、铝合金(ASTM A60/61、
LD30/LD31)、复合材料。钢节点成形工艺可采用焊接、锻造、铸造，铝合金节点由模具挤塑成形，聚酯节点由模具合成等。
(5)安装与维护
连接节点应便于膜、索安装定位，压板与二次膜安装，有效引入膜张力，以及必要的调节机制，便于维护或更换。另外，对重要的公共膜建筑，设计必要的维护、清洗设施。
(6)造价与预算
节点设计必须基于成本预算，采用经济合理的设计手法。不同膜结构体系、节点体系、材料、制作工艺，造价差异较大，如为工程造价5%—15%。
节点设计的一般原则需要在不断的设计实践中去认识、领悟，由丰富的个体感性认识逐渐升华为总体的理性原则，在理性原则指导下去设计。