幕墙钢结构铸钢节点

幕墙钢结构铸钢节点

天幕Canopy，为公共空间遮风挡雨的同时，又能保证明亮的采光。天幕结构完全暴露在建筑空间中，结构形式、拓扑关系，及至节点细部都会影响建筑效果，结构与建筑、幕墙的一体化设计非常重要。

网格节点的设计难点

自由曲面形态的天幕，多个杆件汇交的网格节点的设计难点在于，兼顾结构力学性能、施工便利性和建筑美观三个方面。曲面网格节点的多杆汇交处，数量众多的钢板几乎不可能完全对齐，错边咬边问题很常见，这对结构、施工和建筑外观都有不利的影响。

常见的三角形网格，虽然结构刚度更大，同时能保证幕墙玻璃为平板、减小了幕墙工艺的难度。但三角形网格节点的构件数量更多，理论上不存在绝对的无扭转节点（Torsion-Free Nodes），使得节点设计和施工难度更大。

四边形网格的建筑效果更简洁通透，但解决网格四点共面、拟合复杂曲面显然更加困难。即使 是无扭转节点， 节点处构件咬边错边也难以避免。

由于曲面网格的杆件实际上有宽度和高度而非单线、杆件角度不同、以及结构杆件层和玻璃面板层等构造层都有一定厚度，问题变得更加复杂。

无扭转节点（左）Vs 扭转节点（右）

总之，在复杂曲面网格中，节点设计需协调解决曲面平滑（幕墙表皮、结构上下表面3个表面）、构件尺寸均一、焊接难度等多个问题，往往很难同时兼顾。

铸钢节点

2010年上海世博会世博轴共有6个喇叭状的阳光谷。阳光谷除了承受自身荷载外，还为索膜结构提供支点，受力比较复杂。

上海世博轴阳光谷

阳光谷为三角形网格，每个节点有5~8个杆件连接。杆件为方钢管（杆件长度1.5~3.5米），大多数截面尺寸为65x180mm、80x180mm。

阳光谷共有一万多个节点，在其中空间关系最复杂、受力最大的位置采用铸钢节点，共573个。铸钢节点的关键在于如何低成本、快速地制作不同的铸模。

本工程将各不相同的铸钢节点按一定的截面规格拆解成标准模块，采用“组合成模工艺”（似活字印类刷？）、熔模精铸工艺（高密度泡沫），利用机器人数控切割和定位，提高了铸钢节点的精度。

杆件与节点牛腿拼接精确，焊缝外观不明显

图中节点中心圆形为景观灯点，小圆管为线管

最大的1号阳光谷上部径长70~90m，下部径长12~18m，总高42m，喇叭状阳光谷内侧覆盖玻璃。

弯扭牛腿节点

除了少量铸钢节点以外，阳光谷大多数节点采用了牛腿焊接节点。弯扭牛腿节点的翼缘板为整片裁切，再把翼缘(盖板)配合杆件角度精加工弯扭，保证与杆件焊接节点的顺滑过渡。

弯扭牛腿焊接节点，翼缘整体裁切

将翼缘板弯扭与每个杆件方向对齐

普通牛腿节点，受力大的腹板贯通

牛腿节点与铸钢节点的节点外观都比较平整，其施工的难点在于如何精确地拼接牛腿和杆件。阳光谷每个节点的径向误差控制在2mm以内，角度误差控制在0.1度以内。

牛腿焊接节点

拉结索膜的相关节点，局部杆件截面加高至450mm

排水管将膜面的雨水引入阳光谷内侧

钢结构和幕墙积灰较多，建筑已显得有些老旧

世博轴建成已有十余年，当时找形技术、BIM技术、数字控制技术还不像今天这么成熟，可想而之设计和施工的难度非常大。世博轴如今变成了世博源，延续着建筑存在的意义。

上海爱琴海购物公园的树形天幕与阳光谷形态相似，网格优化得更加均质优美，很少有奇异点，其节点也采用了节点牛腿与杆件拼接的方式。

上海爱琴海购物公园

中庭为喇叭形的独立支承网格

从屋顶看玻璃板块划分，均质优美

由于结构表面有灯槽的遮盖，节点和牛腿的焊缝不容易被看到。而其它直接外露的节点则暴露了焊接质量的问题（杆件拼接不对齐、焊缝外观不佳）。