伴隨著我國鋼材產(chǎn)量的不斷攀升與價格的下降，用鋼來建造房屋變得越來越普遍，這不僅反映在各類方興未艾的大跨項目中，甚至在各種中小跨度的項目里，選擇鋼材作為建筑材料或是裝飾材料也成為了一種時尚。材料的多樣性選擇為建筑師提供更多表現(xiàn)手段的同時，也帶來更多的設(shè)計要求。

盡管結(jié)構(gòu)形式的選擇通常是結(jié)構(gòu)工程師的工作，建筑師也必須對影響結(jié)構(gòu)和連接設(shè)計的因素有一定的了解；即使國內(nèi)絕大多數(shù)鋼連接構(gòu)件的設(shè)計由制造商完成，建筑師也必須對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方法、控制性原則和導致因素有一個清醒的認識。

一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及特點

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的另外一個特點是截面多樣性：一方面，鋼材的各向勻質(zhì)性使得它可以被加工成各種形狀，這與木材的各向非勻質(zhì)性區(qū)別顯著：同為線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)的截面多樣性是木結(jié)構(gòu)所無法比擬的，這也是有工字鋼而沒有“工字木”的原因，桿件結(jié)構(gòu)中連接構(gòu)件幾乎全部是鋼也說明了這一點；另一方面，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面形狀也對連接設(shè)計也產(chǎn)生強烈的影響。在受力范圍允許的情況下，不同型鋼的選擇可以導致不同形式的連接。

二、連接設(shè)計受到的制約

鋼材種類繁多，耐受性也不同，連接設(shè)計通常受到以下因素的制約:

1.部件來源:理論上鋼結(jié)構(gòu)部件和連接部件具有任何加工性，但在各具體項目中，結(jié)構(gòu)部件和連接部件總是受到現(xiàn)實條件的制約。有經(jīng)驗的設(shè)計師通常選擇易于獲得、易于安裝的型鋼，設(shè)計簡單有效的連接方式和連接部件。

2.連接手段的限制:鋼結(jié)構(gòu)施工特點之一采用工廠加工、現(xiàn)場組裝。這是與傳統(tǒng)的構(gòu)筑方式不同而產(chǎn)生大量節(jié)點的原因。各種型鋼之間的連接主要有鉚接、焊接、栓接三種手段。鋼結(jié)構(gòu)建筑初期多采用鉚接，施工簡單，但需要在構(gòu)件上挖出洞口，降低斷面性能，節(jié)點容易產(chǎn)生集中應(yīng)力，最近不采用。采用焊接的節(jié)點，外觀簡潔而荷載傳遞效率連續(xù)，但施工作業(yè)要求較高。后期出現(xiàn)的高強螺栓連接，同樣可以達到類似焊接的強度要求，在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)中大量采用。

3.連接部件具有層次性:鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)體系之間存在復雜邏輯的層次關(guān)系，在連接層次上，該層次關(guān)系反映了部件尺寸和安裝前后的差異。連接的目的是實現(xiàn)層次轉(zhuǎn)換，也是實現(xiàn)力從三維轉(zhuǎn)換到二維，最終傳達到一維部件的關(guān)鍵。復雜的連接通常由立體連接部件、平面連接部件組合而成。

4.連接部件的平面:兩個線性構(gòu)造部件總是在一個平面內(nèi)，該平面是部件應(yīng)力的發(fā)生平面，連接部件為了有效抵抗該平面內(nèi)的應(yīng)力、彎矩或剪力，經(jīng)常設(shè)計在該平面內(nèi)，例如鋼管和拉索的焊片總是在這兩個構(gòu)成的平面中

三、連接對象的原型和連接的分類

鋼結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)造包括部件和部件兩種基本類型，因此產(chǎn)生的連接方式可分為部件和部件的連接、部件和部件的連接、部件的連接。無論是平面結(jié)構(gòu)還是空間結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)件單體的線性特征，結(jié)構(gòu)體系的復雜性不會導致更多類型的連接，而復雜的連接可以視為這三種基本類型的組合。

1.索與索的連接

索在結(jié)構(gòu)體系中只承受拉力，內(nèi)力沿索的軸線不變，索的截面不會因長度變化而變化。其連接特點如下：

a.位于端部的連接必須通過索套來實現(xiàn)。

b.位于索中部的連接可由各類夾具來完成。

c.多根電纜的連接需要設(shè)計新的節(jié)點，根據(jù)電纜與電纜的組合方式的不同，常見的單層或雙層電纜的構(gòu)造，根據(jù)配置方式的不同可以平行或放射線等形式。索網(wǎng)的輕量有效，符合人們對輕量和透明的普遍追求。皮亞諾設(shè)計的意大利BancaPopolarediLodi總部室外廣場玻璃屋頂，受力結(jié)構(gòu)由上下兩組索網(wǎng)相互連接，玻璃夾在結(jié)構(gòu)中間，水平方向的聯(lián)系索加強穩(wěn)定，固定在周圍混凝土墻上，所有節(jié)點都是索索連接，輕巧透明的屋頂表現(xiàn)了索在特定場合的優(yōu)勢。

2.部件與部件的連接

部件更早出現(xiàn)，應(yīng)用也更廣泛，部件可拉可壓，因此部件之間的連接設(shè)計也更加復雜變化。決定桿件連接設(shè)計的因素主要有以下兩個方面：

a.桿件之間的交角。

b.部件各自的截面形式。前者由結(jié)構(gòu)體系決定，后者可在連接設(shè)計階段選擇不同型號的鋼或組合，便于連接部件的設(shè)計。

交角不垂直時，應(yīng)慎重選擇部件截面，降低節(jié)點設(shè)計難度。在柏林某信息中心的梁柱連接中，圓鋼管柱突然斷裂，與多塊鋼板焊接在工字鋼梁上，交接非常機械僵硬。與此相比，赫佐格設(shè)計的漢諾威展廳屋頂梁柱連接設(shè)計，一方面選擇拉索避免了部件之間的非垂直連接，另一方面，方形鋼管柱在連接部的分解和圓形變化，使與圓形鋼管梁之間的連接過渡自然合理。

在貝聿銘設(shè)計的美秀博物館屋頂框架中，多個部件的立體交接不采用通常的球形節(jié)點方法，而是設(shè)計了多方向板式鑄鋼節(jié)點部件，橫向鋼管貫穿其間，保持截面不變，其馀部件在節(jié)點上變成鋼板和節(jié)點部件用螺栓連接，結(jié)構(gòu)面與屋頂面平行如果使用普通的球形節(jié)點，巨大的節(jié)點一定會使屋頂框架沉重，不能反映傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中榫接的簡潔，很難取得這樣的藝術(shù)效果。

3.電纜與部件的連接

電纜最符合鋼材的材料性能，但由于只具有單向拉伸性能的柔性部件，電纜與部件的結(jié)合構(gòu)體系可以獲得輕量穩(wěn)定的雙重優(yōu)勢，如近年來在大跨領(lǐng)域流行的張拉弦結(jié)構(gòu)。即使跨度建筑中，索和部件的組合方式也相當普遍。

連接設(shè)計根據(jù)電纜的連續(xù)性，必須采用不同的連接部件對應(yīng):位于電纜端部的連接，必須通過電纜、螺栓、焊接部件的一系列部件和部件進行固定。該連接程序結(jié)構(gòu)簡單合理，應(yīng)用也非常普遍，同時可以選擇電纜夾緊焊接部件和焊接夾緊套的兩種不同方式。如意大利熱那亞舊港重新開發(fā)項目中，索膜與部件的連接分別采用灰色和白色的不同水平。但也可以通過索套的特殊設(shè)計與桿件直接結(jié)合，需要注意的是焊片的省略意味著索套必須承擔轉(zhuǎn)化索與桿件所成角度的功能，如吉芭歐文化中心拉索與基座的連接：尺度夸張有力且旋轉(zhuǎn)了一定角度的索套整合了焊片的功能，使得這一節(jié)點在此類連接中獨樹一幟。位于索中部的連接，可以采用索夾，索卡（少數(shù)情況下也可采用焊接的辦法）來固定索與桿件的位置。在漢諾威貿(mào)易交易廳的魚腹梁中，上弦桿和下弦索的連接設(shè)計用索卡固定。

四、連接設(shè)計方法

相當部分分的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)對部件形式和尺寸的要求不太嚴格，給部件和連接設(shè)計帶來了相當大的設(shè)計馀地。建筑師對部件形式和尺寸的選擇與連接設(shè)計和連接形式有關(guān)。對于國內(nèi)設(shè)計師來說，實際情況往往是有限型鋼的選擇和少數(shù)成型連接部件，因此設(shè)計方法尤為重要，即使這些方法和手段有純粹表現(xiàn)的顏色。

1.拆卸分解的對象是結(jié)構(gòu)概念中抽象的單一構(gòu)件，在實際連接中常表現(xiàn)為構(gòu)件數(shù)量的拆卸或截面形式的拆卸。該手法在包括鋼結(jié)構(gòu)在內(nèi)的部件系統(tǒng)的連接設(shè)計中很常見，例如懸掛結(jié)構(gòu)中的受壓部件經(jīng)常分解為幾根部件的組合的柱子經(jīng)常分解為柱子等。這些分解有些是由于結(jié)構(gòu)受力的需要，有些只是為了在部件中創(chuàng)造間隙，使連接變得容易。復雜的節(jié)點采用分解設(shè)計，有助于提取連接的基本形式，簡化連接概念，達到整合節(jié)點設(shè)計的目的。

位于美國休斯敦名為CyTwombly畫廊的鋼結(jié)構(gòu)屋面連接設(shè)計中，大量運用拆卸的概念，巧妙地將多層屋面結(jié)構(gòu)與遮陽系統(tǒng)結(jié)合起來。首先是由工字鋼組成的網(wǎng)格形遮陽結(jié)構(gòu)，天窗結(jié)構(gòu)懸掛在遮陽結(jié)構(gòu)下。由于受拉構(gòu)件更符合鋼材力學性質(zhì)而尺寸較小，因此懸掛的拉桿沒有分解，而鋼梁受力較為復雜（受彎、剪），故尺寸較大且由一根分解作兩根。整個屋頂設(shè)計邏輯清晰，表現(xiàn)出屋頂功能上的層次概念。

2.轉(zhuǎn)換截面形式的考慮和尺寸的轉(zhuǎn)換也是連接設(shè)計的主要問題。轉(zhuǎn)化的目的是為了縮小構(gòu)件截面，方便連接設(shè)計。部件截面一般分為兩類:管狀截面(如圓鋼管)和非管狀截面(如工字鋼)。前者之間的連接通常需要縮小截面，如網(wǎng)球節(jié)點縮小的實心鋼管。后者之間的連接通常對部件進行簡化處理。例如，去除寬翼，只保留型鋼的高度部分，與分解設(shè)計結(jié)合較多。除了改變部件的截面形狀外，沿垂直于部件軸線的面切斷部件后，設(shè)計新的節(jié)點連接也是常用的方法。如前面討論過的美秀博物館屋頂構(gòu)架節(jié)點中，鋼管截面的轉(zhuǎn)化不僅帶來連接的便利，也使得節(jié)點設(shè)計的靈活性得以體現(xiàn)，在表達傳力的同時，利用雕塑似的造型設(shè)計將力的流動視覺化、藝術(shù)化。

3.整合整合設(shè)計立足于減少構(gòu)件種類及數(shù)量，簡化連接方式，強調(diào)結(jié)構(gòu)形式方面的整體性，使得這類設(shè)計作品往往具有優(yōu)雅的形象。這種方法有兩個前提：

1）各節(jié)點受力方式相同。

2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面形狀類似、尺度近似。受力方式相同，保證了選擇相似截面的科學性，截面形式相似，尺度相似，保證了視覺的整體性。

福斯特設(shè)計的由鋼與玻璃組成的英國劍橋法律系大樓的外表皮，模糊了窗、墻、屋頂之間的概念，部件之間的連接采用整合設(shè)計正好表達了這種思想。編織表皮是由許多高度極小的拱形空腹梁交織而成的結(jié)構(gòu)，所有部件都是圓鋼管焊接，整個結(jié)構(gòu)均勻典雅。沒有獨特的偶然，OMA設(shè)計的西雅圖中央圖書館的表皮設(shè)計運用了同樣的原理。為了達到整合的效果，整個建筑的表面完全由菱形的工字鋼組成，工字鋼的截面形狀、尺寸完全一致，連接方式也統(tǒng)一采用鉚接，經(jīng)過力量分析計算，力量大，需要加大截面高度的地方采用兩三根工字鋼重疊完成，手法合理浪漫，達到圖書館安靜和平的氛圍。

雖然類型可以分析和總結(jié)，方法可以分類和總結(jié)，但這并不意味著設(shè)計已經(jīng)成為教條，也不意味著設(shè)計。由于鋼材性能的挖掘和形式的終極追求，連接設(shè)計包含了很多技術(shù)因素，即使如此，連接部件的設(shè)計也不應(yīng)該成為工程師和部件業(yè)者的責任。技術(shù)的穩(wěn)定儲備始終是建筑師獲得優(yōu)秀連接設(shè)計的不可逾越的漸進步驟。符合鋼材性質(zhì)的連接方式(鉚接、焊接、連接)必須遵循這些法則，在鋼材允許范圍內(nèi)設(shè)計，但優(yōu)秀的設(shè)計仍能找到優(yōu)美的連接形式，不受約束而產(chǎn)生刻板機械產(chǎn)品。即使美觀在各個時代的評價標準存在差異，但一種內(nèi)在的、符合材料邏輯的吸引力必然會突破風格或理論的限定而達到美的真諦。

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