本文摘要：摘要：裝配式節點通常采用單根或多根螺栓與構件連接，往往具有一定的半剛性特性。但目前，由于對裝配式節點認識不足，在裝配式網殼結構分析和設計時，通常假定其節點連接為鉸接;然而，通過研究發現實際裝配式節點具有較好的半剛性性能;為適應實際工程所研發
摘要：裝配式節點通常采用單根或多根螺栓與構件連接，往往具有一定的半剛性特性。但目前，由于對裝配式節點認識不足，在裝配式網殼結構分析和設計時，通常假定其節點連接為鉸接;然而，通過研究發現實際裝配式節點具有較好的半剛性性能;為適應實際工程所研發的新型裝配式半剛性節點具有剛度更大、更加高效等優點，可應用于更大跨度的單層網殼結構中。半剛性節點網殼結構具有廣闊的應用前景，針對半剛性節點及其網殼性能的研究逐漸成為建筑結構領域的熱點研究課題之一。
該文綜述了國內外半剛性節點及半剛性節點單層網殼結構的現有研究成果以及尚需深入研究的主要問題。文獻分析表明，目前針對半剛性節點及半剛性節點網殼結構靜力性能的研究已取得一定的成果。然而，關于空間半剛性節點在復雜荷載作用下節點抗彎性能、空間半剛性節點耗能性能、適用于更大跨度的新型空間節點研發、半剛性節點網殼結構動力穩定性等方面有必要進行更多更深入的試驗和理論研究，以推動半剛性節點單層網殼結構的實際工程應用。
關鍵詞：半剛性節點,抗彎性能,網殼結構,靜力穩定性,動力穩定性
網殼結構以其結構受力合理、造價經濟、造型美觀多樣等優點而在空間結構中得到廣泛應用[1]，多應用于劇院劇場、展覽場館、體育場館等標志性建筑。隨著計算機技術的發展及人們對建筑多樣化要求的提高，輕型結構越來越受到建筑師的垂青，因此越來越多的空間結構開始采用單層網殼結構，以實現“輕質”“經濟”“高強”和“透明”的建筑要求，滿足使用者日益提升的感官和功能需求。
節點作為單層網殼結構的關鍵組成元素，其受力性能直接影響結構的力學性能。目前應用于網殼結構中的節點根據現場施工方式可以分為焊接式和裝配式，其中裝配式節點具有施工精度高、效率高等特點，符合新時期建筑綠色節能的要求，具有廣闊的應用前景。
而裝配式節點在力學性能上主要表現為半剛性，是一種介于鉸接與剛接之間的節點形式，因此在對采用了裝配式節點的空間網殼結構進行設計與分析時，應考慮節點剛度對結構的影響。目前，國內外學者已經對裝配式半剛性節點及其網殼的受力性能進行了一系列的研究，通過多種研究方法得到了較為豐富的成果。本文對現有研究方法及成果進行總結，提出進一步研究亟需解決的問題。
1半剛性節點
1.1半剛性節點靜力性能
針對半剛性節點的靜力性能的研究主要集中于節點剛度、承載力、破壞模式等方面，國內外學者逐漸開展了大量試驗研究、數值模擬及理論研究。首先，為獲得傳統裝配式半剛性節點的剛度潛力，國內外學者逐漸開展了大量研究工作。目前空間結構中常用的裝配式螺栓球節點、碗式節點和轂形節點都按理想鉸接設計，但實際上這些節點也具有一定轉動剛度。對其半剛性的研究始于1983年，See[2]和Fathelbab[3]對螺栓球節點進行了彎矩荷載下的試驗研究，得到了該節點的彎矩-轉角曲線及套筒松動對節點轉動剛度的影響規律。
范峰等[4−5]進一步開展了螺栓球節點壓彎聯合作用下的試驗研究，同時建立了考慮軸壓力及螺栓預緊力的半剛性節點精細化數值分析模型，得到了節點在壓彎荷載聯合作用下的節點轉動剛度及極限承載力。Chenaghlou等[6-7]進一步對螺栓球節點進行了彎矩荷載和不同軸力荷載作用下試驗研究，研究表明軸力會降低螺栓球節點的極限承載力。
馬會環等[8]對其進行了在彎矩作用和壓彎聯合作用下的試驗研究，并應用ANSYS進一步對碗式節點進行了數值模擬，研究了螺栓直徑、墊片尺寸、螺栓中預緊力的大小以及壓彎應力比等不同參數對碗式節點抗轉動性能的影響，擬合出了碗式節點彎矩-轉角曲線預測公式。
得到了節點的極限承載力和破壞模式。除了挖掘傳統節點的剛度潛力外，也有少數學者為了適應更大跨度單層網殼結構的工程應用，研發了剛度更大、更加高效的新型裝配式節點。而且，傳統半剛性節點多是用于連接圓鋼管桿件，而與圓鋼管桿件相比，具有強弱軸的矩形截面桿件或工字鋼截面等非圓截面桿件能夠為單層網殼結構提供更大的面外抗彎剛度，對于單層網殼而言是一種更好的選擇。
馬會環等[10-11]采用了ABAQUS軟件對柱板型半剛性節點進行了數值模擬研究，得到了該節點在軸力、彎矩及二者聯合組用下的剛度、承載力及破壞模式;對齒式半剛性節點進行了抗轉動性能試驗，同時建立了精細化三維有限元模型，得到了齒式節點在彎矩荷載作用下的力學性能，并采用組件法提出了齒式節點簡化力學模型，擬合了節點的彎矩-轉角曲線。連接非圓截面桿件的半剛性節點在網殼結構中平面外與平面內的剛度具有明顯的差別，因此在對連接此類桿件的半剛性節點研究中，也應考慮節點繞不同軸轉動時的剛度差別。
文獻[12-13]對柱型半剛性節點進行節點繞桿件強軸和弱軸的抗轉動性能的試驗及數值模擬研究，結果表明柱型節點在平面內與平面外均具有良好的抗轉動剛度及承載力，并將柱型節點彎矩-轉角曲線簡化為三折線模型，推到了其彎矩-轉角曲線的理論預測公式。
相比于鋼結構，鋁合金具有自重輕、耐腐蝕性好、無磁、易加工和美觀等優點[14]，鋁合金空間結構也以其優秀的表現力和適用性受到越來越多的關注與青睞。張竟樂等[15]應用數值模擬等方法對板式節點進行有限元分析，得到了截面凈高、截面寬度、蓋板厚度的參數對節點剛度的影響。Guo等[16]進行了板式節點的試驗研究，得到了不同板厚下節點的破壞模式，同時得出隨著板厚的增加，節點的剛度增大。
馬會環等[17]在板式節點的基礎上進行改進，提出柱板式鋁合金節點，考慮螺栓預緊力，螺栓安裝縫隙對柱板式節點進行了數值建模，得到了柱板式節點分別在繞不同軸彎矩作用和扭矩作用下的彎矩-轉角和扭矩-轉角曲線，結果表明，相較于板式節點，柱板式節點在不同荷載作用下的抗轉動性能有顯著提高。以上研究工作的開展已經證實了裝配式半剛性節點都具有一定的抗彎性能，具備較大的應用潛力和較好的應用前景。
1.2半剛性節點滯回性能
目前大量學者所開展的研究均是針對半剛性節點的靜力性能的研究，針對其耗能性能的研究十分有限。在文獻[10]中，通過建立BCP節點有限元模型，對其在彎剪作用下的滯回性能進行了研究，同時考慮了軸力的影響，研究表明軸壓力對此節點的滯回性能影響不大，而軸拉力會使節點的極限承載力降低。
文獻[18]對齒式節點進行了擬靜力試驗及數值模擬分析，得到了不同幾何參數對齒式節點滯回性能的影響規律，研究同時表明安裝縫隙會使節點產生滑移，降低節點滯回性能。任姍[19]對柱型節點的平面外及平面內的滯回性能展開了數值模擬及試驗研究，考察了不同幾何參數、荷載條件對節點滯回曲線和破壞模式的影響規律，研究表明軸力對節點滯回性能影響顯著。文獻[20]開展了鋁合金板式節點擬靜力滯回性能試驗，得到了該節點在低周往復荷載下的破壞模式，且通過所得滯回曲線表明板式節點的滯回性能并不理想。
2半剛性節點網殼研究
2.1半剛性節點網殼靜力穩定性研究
在網殼靜力穩定性研究早期，還都是基于網殼節點為剛接的假定，這種假定基本適用于焊接式節點，對于裝配式半剛性節點網殼，由于其節點連接處允許桿件與節點之間的相對轉動，這種簡化不能真實反映網殼中節點實際受力情況。因此，近年來國內外學者已經開始對半剛性節點網殼的受力性能展開了研究。國外對半剛性網殼穩定性的研究較早，See[2]、Fathelbab[3]，Shibata等[21]對螺栓球半剛性節點體系及其網殼進行了試驗研究，得出了節點剛度對網殼承載力的影響不容忽視。
Fujimoto等[22]和López等[23-24]分別對半剛性KT型節點及ORTZ節點單層網殼進行了試驗和數值分析，發現網殼高度對半剛性節點網殼的穩定承載力有較大影響。Kato等[25]和Sohn等[26]也都討論了節點剛度對空間結構極限承載力的重要影響，結果表明考慮節點剛度的網架網殼的計算模型更符合實際情況。
在國內對半剛性節點網殼的研究中，文獻[27―29]基于桿件模型剛度矩陣的理論推導，初步分析了節點剛度對網殼受力性能的影響。范峰等[30-31]依據螺栓球節點的彎矩-轉角曲線，應用ANSYS軟件建立了半剛性節點單層球面網殼的數值分析模型，并考慮節點彎曲剛度、節點扭轉剛度、跨度和矢跨比、節點域、荷載形式、桿件截面類型、支承條件、初始缺陷等參數對網殼極限承載力的影響，對螺栓球節點的單層球面網殼進行了穩定性分析，得出了網殼性能隨節點剛度、矢跨比、跨度等參數的變化規律，擬合出了無缺陷狀態下，半剛性球面網殼的極限承載力公式[32-33]，同時開展了螺栓球節點單層柱面網殼試驗研究[34]，得到其承載力介于剛接網殼與鉸接網殼之間。
曹正罡等[35]對螺栓球節點單層柱面網殼及球面網殼進行了穩定性能的研究，表明此類節點可以應用在單層球面網殼中，但不宜在單層柱面網殼中采用�；谕胧焦濣c力學性能，馬會環等[36]建立了考慮了節點半剛性的單層橢圓拋物面網殼有限元模型，擬合了不同參數下的碗式節點單層橢圓拋物面網殼的承載力公式。
范峰等[37]和Kitti等[38]得出了碗式節點的剛度及承載力可以滿足中小跨度的單層網殼的需求。文獻[39]通過數值模擬所得到了的插管式球節點(HB)節點的彎矩轉角曲線，并將其帶入到15m跨度的單層網殼模型中，對其進行穩定性分析，通過與剛接網殼進行對比證明此節點可以應用在一定跨度的網殼中。
文獻[40]提出新型T型截面半剛性節點，進行了試驗與數值研究，得到了其不同參數下的抗彎性能，并根據所得彎矩轉角曲線建立了40m~80m跨度的網殼數值模型，結果表明此節點具有足夠的剛度。在鋁合金半剛性節點網殼方面，郭小農等[41]將鋁合金板式節點剛度引入K6型單層網殼穩定性分析中，并通過試驗[42]驗證了考慮節點非線性剛度的網殼整體數值模型，得到了網殼整體穩定性隨矢跨比、環數、節點剛度等參數的變化規律，擬合了鋁合金板式節點網殼穩定承載力計算式。
馬會環等[17]將柱板式節點繞強軸、弱軸和扭轉三個方向的彎矩-轉角曲線引入到網殼桿件單元模型中，建立了半剛性節點工字型桿件橢圓拋物面網殼的數值分析模型，得到了節點轉動剛度、節點扭轉剛度、跨度、矢跨比等參數對網殼承載力的影響規律。
3結論
目前，國內外對半剛性節點的性能研究已經取得了一定的成果，應用數值模擬，試驗和理論分析三種方法得到了一些半剛性節點的抗彎性能及滯回性能，同時針對半剛性節點網殼靜動穩定性研究已取得了一些成果，但仍存在下列不足：
(1)現有傳統的裝配式節點具有一定的轉動能力，在一定范圍內仍然可以采用這類節點建造單層網殼結構，相關研究可為修訂現有標準提供技術依據，所研發的各類新型裝配式節點具有很好的轉動剛度性能，并可適用于多種空間結構類型;新型裝配式半剛性節點的研發也為裝配式大跨度單層網格結構的創新發展提供了多種可能性，從而為大跨空間結構體系創新開辟了新路。
然而，大部分的試驗及數值模擬研究所針對的都是某一節點繞著自身強軸的彎曲性能，研究中的荷載工況也比較單一，多為單一彎矩或彎剪荷載聯合作用，針對實際工程節點中的復雜受力狀態、節點繞自身弱軸的彎曲性能和抗扭性能研究方面的空間節點研究還十分有限。另外，適用于更大跨度的新型空間節點研發和針對空間半剛性節點耗能性能的研究還尚處于起步階段。
(2)關于半剛性節點網殼靜力穩定性研究方面，由于缺乏足夠的試驗支持，很多相關數值模擬結果得不到直接驗證;結構整體模型分析中所采用的多為圓鋼管桿件，分析中也并未關注桿件自身的失穩特征與半剛性節點網殼結構整體穩定性的耦合作用問題;軸力對節點剛度的影響和結構中節點剛度的不均勻分布影響在整體結構分析中尚未考慮。
(3)對半剛性節點網殼結構動力穩定性研究成果主要集中于：①考慮節點靜力剛度的凱威特球面網殼的自振特性分析;②強震作用下，節點初始剛度變化對單層柱面網殼節點響應與桿件內力的影響。受研究進度所限，這些研究成果中所采用的均是節點的靜力剛度模型，因此不能反映出節點的實際耗能性能對網殼結構地震響應和失效機理的影響。
建筑方向論文范文閱讀：綠色建筑論文裝配式建筑設計策略
摘要：20世紀有人提出裝配式建筑設計，發展至60年代裝配式建筑出現。于是在許多國家開始進行嘗試。隨著時代的進步，技術的發展，建造房屋也可以機械化生產，成批成套地生產制造。裝配式建筑只要將所需構件運到工地進行拼裝即可，具有成本低、效率高等特點。
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