伴随着我国钢材产量的不断攀升与价格的下降，用钢来建造房屋变得越来越普遍，这不仅反映在各类方兴未艾的大跨项目中，甚至在各种中小跨度的项目里，选择钢材作为建筑材料或是装饰材料也成为了一种时尚。材料的多样性选择为建筑师提供更多表现手段的同时，也带来更多的设计要求。

尽管结构形式的选择通常是结构工程师的工作，建筑师也必须对影响结构和连接设计的因素有一定的了解；即使国内绝大多数钢连接构件的设计由制造商完成，建筑师也必须对于现代钢结构建筑结构构件的连接方法、控制性原则和导致因素有一个清醒的认识。

一、钢结构构件及特点

钢结构构件的另外一个特点是截面多样性：一方面，钢材的各向匀质性使得它可以被加工成各种形状，这与木材的各向非匀质性区别显著：同为线性结构构件，钢结构的截面多样性是木结构所无法比拟的，这也是有工字钢而没有“工字木”的原因，杆件结构中连接构件几乎全部是钢也说明了这一点；另一方面，钢结构构件的截面形状也对连接设计也产生强烈的影响。在受力范围允许的情况下，不同型钢的选择可以导致不同形式的连接。

二、连接设计受到的制约

钢材种类繁多，耐受性也不同，连接设计通常受到以下因素的制约:

1.部件来源:理论上钢结构部件和连接部件具有任何加工性，但在各具体项目中，结构部件和连接部件总是受到现实条件的制约。有经验的设计师通常选择易于获得、易于安装的型钢，设计简单有效的连接方式和连接部件。

2.连接手段的限制:钢结构施工特点之一采用工厂加工、现场组装。这是与传统的构筑方式不同而产生大量节点的原因。各种型钢之间的连接主要有铆接、焊接、栓接三种手段。钢结构建筑初期多采用铆接，施工简单，但需要在构件上挖出洞口，降低断面性能，节点容易产生集中应力，最近不采用。采用焊接的节点，外观简洁而荷载传递效率连续，但施工作业要求较高。后期出现的高强螺栓连接，同样可以达到类似焊接的强度要求，在现代钢结构中大量采用。

3.连接部件具有层次性:钢结构建筑结构体系之间存在复杂逻辑的层次关系，在连接层次上，该层次关系反映了部件尺寸和安装前后的差异。连接的目的是实现层次转换，也是实现力从三维转换到二维，最终传达到一维部件的关键。复杂的连接通常由立体连接部件、平面连接部件组合而成。

4.连接部件的平面:两个线性构造部件总是在一个平面内，该平面是部件应力的发生平面，连接部件为了有效抵抗该平面内的应力、弯矩或剪力，经常设计在该平面内，例如钢管和拉索的焊片总是在这两个构成的平面中

三、连接对象的原型和连接的分类

钢结构建筑的构造包括部件和部件两种基本类型，因此产生的连接方式可分为部件和部件的连接、部件和部件的连接、部件的连接。无论是平面结构还是空间结构，由于构件单体的线性特征，结构体系的复杂性不会导致更多类型的连接，而复杂的连接可以视为这三种基本类型的组合。

1.索与索的连接

索在结构体系中只承受拉力，内力沿索的轴线不变，索的截面不会因长度变化而变化。其连接特点如下：

a.位于端部的连接必须通过索套来实现。

b.位于索中部的连接可由各类夹具来完成。

c.多根电缆的连接需要设计新的节点，根据电缆与电缆的组合方式的不同，常见的单层或双层电缆的构造，根据配置方式的不同可以平行或放射线等形式。索网的轻量有效，符合人们对轻量和透明的普遍追求。皮亚诺设计的意大利BancaPopolarediLodi总部室外广场玻璃屋顶，受力结构由上下两组索网相互连接，玻璃夹在结构中间，水平方向的联系索加强稳定，固定在周围混凝土墙上，所有节点都是索索连接，轻巧透明的屋顶表现了索在特定场合的优势。

2.部件与部件的连接

部件更早出现，应用也更广泛，部件可拉可压，因此部件之间的连接设计也更加复杂变化。决定杆件连接设计的因素主要有以下两个方面：

a.杆件之间的交角。

b.部件各自的截面形式。前者由结构体系决定，后者可在连接设计阶段选择不同型号的钢或组合，便于连接部件的设计。

交角不垂直时，应慎重选择部件截面，降低节点设计难度。在柏林某信息中心的梁柱连接中，圆钢管柱突然断裂，与多块钢板焊接在工字钢梁上，交接非常机械僵硬。与此相比，赫佐格设计的汉诺威展厅屋顶梁柱连接设计，一方面选择拉索避免了部件之间的非垂直连接，另一方面，方形钢管柱在连接部的分解和圆形变化，使与圆形钢管梁之间的连接过渡自然合理。

在贝聿铭设计的美秀博物馆屋顶框架中，多个部件的立体交接不采用通常的球形节点方法，而是设计了多方向板式铸钢节点部件，横向钢管贯穿其间，保持截面不变，其馀部件在节点上变成钢板和节点部件用螺栓连接，结构面与屋顶面平行如果使用普通的球形节点，巨大的节点一定会使屋顶框架沉重，不能反映传统木结构建筑中榫接的简洁，很难取得这样的艺术效果。

3.电缆与部件的连接

电缆最符合钢材的材料性能，但由于只具有单向拉伸性能的柔性部件，电缆与部件的结合构体系可以获得轻量稳定的双重优势，如近年来在大跨领域流行的张拉弦结构。即使跨度建筑中，索和部件的组合方式也相当普遍。

连接设计根据电缆的连续性，必须采用不同的连接部件对应:位于电缆端部的连接，必须通过电缆、螺栓、焊接部件的一系列部件和部件进行固定。该连接程序结构简单合理，应用也非常普遍，同时可以选择电缆夹紧焊接部件和焊接夹紧套的两种不同方式。如意大利热那亚旧港重新开发项目中，索膜与部件的连接分别采用灰色和白色的不同水平。但也可以通过索套的特殊设计与杆件直接结合，需要注意的是焊片的省略意味着索套必须承担转化索与杆件所成角度的功能，如吉芭欧文化中心拉索与基座的连接：尺度夸张有力且旋转了一定角度的索套整合了焊片的功能，使得这一节点在此类连接中独树一帜。位于索中部的连接，可以采用索夹，索卡（少数情况下也可采用焊接的办法）来固定索与杆件的位置。在汉诺威贸易交易厅的鱼腹梁中，上弦杆和下弦索的连接设计用索卡固定。

四、连接设计方法

相当部分分的钢结构建筑中，结构对部件形式和尺寸的要求不太严格，给部件和连接设计带来了相当大的设计馀地。建筑师对部件形式和尺寸的选择与连接设计和连接形式有关。对于国内设计师来说，实际情况往往是有限型钢的选择和少数成型连接部件，因此设计方法尤为重要，即使这些方法和手段有纯粹表现的颜色。

1.拆卸分解的对象是结构概念中抽象的单一构件，在实际连接中常表现为构件数量的拆卸或截面形式的拆卸。该手法在包括钢结构在内的部件系统的连接设计中很常见，例如悬挂结构中的受压部件经常分解为几根部件的组合的柱子经常分解为柱子等。这些分解有些是由于结构受力的需要，有些只是为了在部件中创造间隙，使连接变得容易。复杂的节点采用分解设计，有助于提取连接的基本形式，简化连接概念，达到整合节点设计的目的。

位于美国休斯敦名为CyTwombly画廊的钢结构屋面连接设计中，大量运用拆卸的概念，巧妙地将多层屋面结构与遮阳系统结合起来。首先是由工字钢组成的网格形遮阳结构，天窗结构悬挂在遮阳结构下。由于受拉构件更符合钢材力学性质而尺寸较小，因此悬挂的拉杆没有分解，而钢梁受力较为复杂（受弯、剪），故尺寸较大且由一根分解作两根。整个屋顶设计逻辑清晰，表现出屋顶功能上的层次概念。

2.转换截面形式的考虑和尺寸的转换也是连接设计的主要问题。转化的目的是为了缩小构件截面，方便连接设计。部件截面一般分为两类:管状截面(如圆钢管)和非管状截面(如工字钢)。前者之间的连接通常需要缩小截面，如网球节点缩小的实心钢管。后者之间的连接通常对部件进行简化处理。例如，去除宽翼，只保留型钢的高度部分，与分解设计结合较多。除了改变部件的截面形状外，沿垂直于部件轴线的面切断部件后，设计新的节点连接也是常用的方法。如前面讨论过的美秀博物馆屋顶构架节点中，钢管截面的转化不仅带来连接的便利，也使得节点设计的灵活性得以体现，在表达传力的同时，利用雕塑似的造型设计将力的流动视觉化、艺术化。

3.整合整合设计立足于减少构件种类及数量，简化连接方式，强调结构形式方面的整体性，使得这类设计作品往往具有优雅的形象。这种方法有两个前提：

1）各节点受力方式相同。

2）结构构件截面形状类似、尺度近似。受力方式相同，保证了选择相似截面的科学性，截面形式相似，尺度相似，保证了视觉的整体性。

福斯特设计的由钢与玻璃组成的英国剑桥法律系大楼的外表皮，模糊了窗、墙、屋顶之间的概念，部件之间的连接采用整合设计正好表达了这种思想。编织表皮是由许多高度极小的拱形空腹梁交织而成的结构，所有部件都是圆钢管焊接，整个结构均匀典雅。没有独特的偶然，OMA设计的西雅图中央图书馆的表皮设计运用了同样的原理。为了达到整合的效果，整个建筑的表面完全由菱形的工字钢组成，工字钢的截面形状、尺寸完全一致，连接方式也统一采用铆接，经过力量分析计算，力量大，需要加大截面高度的地方采用两三根工字钢重叠完成，手法合理浪漫，达到图书馆安静和平的氛围。

虽然类型可以分析和总结，方法可以分类和总结，但这并不意味着设计已经成为教条，也不意味着设计。由于钢材性能的挖掘和形式的终极追求，连接设计包含了很多技术因素，即使如此，连接部件的设计也不应该成为工程师和部件业者的责任。技术的稳定储备始终是建筑师获得优秀连接设计的不可逾越的渐进步骤。符合钢材性质的连接方式(铆接、焊接、连接)必须遵循这些法则，在钢材允许范围内设计，但优秀的设计仍能找到优美的连接形式，不受约束而产生刻板机械产品。即使美观在各个时代的评价标准存在差异，但一种内在的、符合材料逻辑的吸引力必然会突破风格或理论的限定而达到美的真谛。

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