榫卯连接在钢结构中运用的探讨

陈国荣 西南科技大学

1.目前钢结构中主要的连接方式

钢结构作为一种比较新颖的结构被广泛运用于各种形式的建筑，比如厂房、体育馆、桥梁、输电塔等。钢结构较传统的钢筋混凝土结构有轻质高强、韧性好、塑性好、材质均匀、可靠度高、机械化程度高、可回收再利用、节能环保等优点。但钢结构的连接方式较为单一，常见的有焊接、螺栓连接和铆钉连接。铆钉连接现在很少使用。通常在建筑中会混合使用多种连接方式以充分发挥每种连接方式的优点。

1.1 焊接

焊接是一种非常常见的连接方式，焊接的适用范围广，不受材料形状的限制，焊缝强度高。但是焊接对材料的厚度有限制，影响焊缝质量的不确定因素很多，比如需要工人有良好的焊接技术，需要有合适的焊接方位，要考虑引弧灭弧的影响等。焊接属于刚性连接，在震动的作用下容易发生疲劳破坏，应力集中现象比较明显。

1.2 螺栓连接

螺栓连接可分为普通螺栓连接和高强螺栓连接，螺栓连接施工方便便于拆卸，但是它常用于较薄构件之间的连接，使用螺栓增加了结构的重量，在施工时需要打孔，增加工作量。由于螺栓与构件的材质通常不一样，在电化学作用下，连接处容易锈蚀。在受力较大的场合需要预紧和采取防松动措施，此外，高强螺栓的价格较贵，需要考虑经济问题。

2.榫卯连接

2.1 榫卯连接的几种形式

榫卯连接是我国木结构中常用的连接方式，榫卯连接多种多样，连接竖向构件时一般使用管脚榫；横向构件和竖向构件的连接一般使用馒头榫，比如梁和柱的连接；同一平面内不同方向构件搭接通常使用扣榫；直榫常用于需要穿插处的连接；此外，燕尾榫是木结构中运用最广泛的连接形式，它的受力性能好，不易脱卯。

2.2 榫卯连接的受力性能介绍

众所周知，木结构的建筑一般都具有良好的抗震性能，这除了和木材本身的性质有关外，还与建筑所使用的连接方式有很大关系。有人对西安木结构鼓楼做了分析，发现地震传递给结构的能量有30%多的能量是由榫卯连接处吸收的，可见榫卯连接在抗震方面能够起到很大的作用。

从受力方面来看，直榫和燕尾榫比较典型，在静力情况下，榫卯连接在受力初期，榫头和卯口产生摩擦，两者之间产生相对滑移，此时榫头相对还可产生一定的转动，随着荷载的增大，卯口提供竖向力抵抗外力作用，榫头卯口相互挤紧，限制了榫头的转动，结构的刚度提高，能够继续承担弯矩，随后卯口和榫头出现局部受压，两者均出现较大的挤压变形，直到榫头或卯口破坏，榫头脱出卯口，结构失效丧失承载力。在上述过程中可以明显看出榫卯连接是一种半刚性连接，前期能够产生较大的位移和变形，在受力过程中，随时调整结构的内力分配，使之更趋于合理化，提高结构的承载能力。

3.钢结构中运用榫卯连接的优点探讨

榫卯连接相较与焊接，能够有效避免焊接这种刚性连接带来的负面效应，比如焊接存在的应力集中、脆性破坏等。焊接对工人技术要求高，而榫卯连接方便，操作简单，避免繁琐复杂高强度的现场工作，需要的榫头卯口可标准化，在工厂直接浇铸成型，运到工地直接使用，有利于装配式建筑的发展。榫卯连接相较于螺栓连接，能够摆脱构件厚度的限制，节约材料，更加经济，使建筑物的外观更加具有美感。当建筑物遭到破坏或者需要拆除时，榫卯的连接方式能够很容易拆卸，可以重复利用原有建筑的材料，拆卸的工作量也相应的减少了。

钢结构与榫卯连接这两个一古一今的组合，能够给人们带来别致的感觉，研究这两者的组合，拓展其应用范畴，能够丰富并且发展建筑文化，继承我国传统优良的建筑技术；钢结构中良好的连接方式能提高建筑结构的可靠度还能简化施工工艺，标准化建造工艺，提高经济效益，与此同时，这样能够有效促进装配式建筑的发展。种类繁多的卯榫连接法不仅解决了钢结构连接方式的单一性问题，而且也能提高钢结构结点处的力学性能。多类的连接方式必将会为更多类型的建筑结构的发展带来可能，促进装配式建筑的发展，减少建筑业的能耗，保护环境，促进经济可持续发展。

4.结语

在钢结构建筑中，我们应该发挥多种连接方式各自的优越性能，使利益最大化。现在社会对建筑业的节能环保要求更高，应倡导较为环保的建筑形式。时下，钢木组合结构也成为一个比较热门的话题，这种结构形式融合了木材和钢材，在连接方面就存在着更多的问题，除了螺栓连接外，榫卯连接也能够解决一部分难题，在结构设计发展的历程中，寻求贴切完美的结构形式，组合方式，力求建筑集安全可靠、实用耐久、美观大方于一身。