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大型雕塑雕像结构的建模特点和结构布置原则

2019-08-22

  雕像主刚架的结构形式针对不同造型、规模的大型雕像,通常可采用以下几种主刚架结构形式,作为其主要的承重结构。

  

  (1)钢筋混凝土框架结构

  

  雕像的钢筋混凝土框架结构类似于一般的建筑工程,它主要由钢筋混凝土梁、柱现浇而成。其优点是,结构整体刚度较大,工程造价低;缺点是,相对于钢结构自重大、施工周期长、与副支架的连接不方便。

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  (2)钢筋混凝土筒体结构

  

  雕像的钢筋混凝土筒体结构类似于高层建筑中的筒体结构,可设计成圆筒、方筒或椭圆筒。其优点是,结构整体刚度大,抗风、抗震性能好,便于与电梯井的使用功能相结合;缺点是,仅适用于竖向形体较规则的站立式雕像(通常简称“站像”),一般必须通过设置副刚架结构,才能与副支架和壁板连接。

  

  3)钢桁架结构

  

  雕像的钢桁架结构是由方钢管、圆钢管或角钢等型钢杆件,通过节点板连接面成的铰接结构。其优点是,杆件之间的连接要求不高,可采用螺栓连接或焊接,施工难度低,结构自重轻,通过设置空间任意方向的杆件,较易满足雕像的外轮廓要求,一般不需再设副刚架结构,便可直接与副支架相连;缺点是,结构的整体刚度不够大,必须设置大量的斜向支撑杆,才能形成具有几何三角形的桁架结构,内部杆件零乱繁杂。

  

  (4)钢框架结构

  

  雕像的钢框架结构一般是由H型钢或槽钢、大截面方钢管等杆件刚性连接而成的刚架结构。其优点是,除具备钢桁架结构的优点外,可少设甚至不设斜向支撑杆件,内部空间显得较为简洁,施工速度快;缺点是,杆件之间的连接要求高。

  

  (5)钢网架结构

  

  雕像的钢网架结构是将钢管通过高强度螺栓或直接焊接到加工好的钢球上,形成的螺栓球或焊接球空间网架结构。其优点是,杆件及节点的加工可在专用设备上进行,其生产效率和加工精度高,现场装配速度快;缺点是,不太适合形状不规则的雕像结构,否则由于大量的杆件之间的夹角无规律、节点种类太多,安装困难且综合成本高。

  

  由于大型雕塑雕像结构的外形无论在平面还是立面方向都特别复杂,因此其内部结构的有限元建模工作要比一般的规则结构困难得多。

  

  其基本原则是:建模必须充分考虑外轮廓壁板的次安装,即杆件和节点的布置,在预留一定的安装空间后,必须满足外形要求。

  

  具体布置方法是,依据像体外形的电子扫描曲线(通常沿高度方向每隔0.2~0.5m截取一根曲线),在每隔2m左右的一层曲线范围内布置杆件和节点,每个节点离外轮廓曲线相近否则不能满足二次安装壁板的空间要求。

  

  节点之间距离,一般应控制在350~1布置的杆件,应尽量形成三角形的几何不变体系,特别需要指出的是,在进行结构平面布置时,对于沿曲线方向的外圈边梁,由于直接承受二次外挂壁板传来的扭矩,其截面形式宜采用具有良好抗扭性能的封闭型截面,如方钢管、圆钢管等,不宜采用角钢或H型钢等开口截面,在各层平面的结构布置完成后,再进行竖向结构的布置,即沿像体高度方向连接各层平面上的节点,基本沿竖向的构件按柱截面设置,一般采用H型钢或箱形截面,并注意其主轴的放置方向,斜向的构件按纵向支撑设置,通常采用等边或不等边的双角钢截面也可采用圆钢管、方钢管或H型钢截面。

  

  这里需要注意的是:

  

  ①在连接像体外围的竖向构件时,由于某两层曲线之间像体的实际外轮廓可能存在内凹部分,此时该处的某些构件可能会与二次安装的壁板位置相冲突即所谓的“犯界”。

  

  ②在雕像的身体与头,颈部轮廓突变处,应将杆件的网。


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