3.2 主次叠放搭接节点
基于太原植物园温室新型结构体系，需要开发一种通过高强螺钉机械连接叠放木梁形成的空间网壳结构。该木梁间连接节点能够承受不同方向的剪力作用，对木结构梁基本没有削弱，施工安装精度高。传统的木结构连接节点更多是承受单一方向剪力，同时传统的木结构杆件连接节点往往做法复杂，需要预留槽口或使用钢板、螺栓连接，对木结构削弱较大，现场安装施工耗时，连接可靠性和连接后的建筑外观效果不佳。另外，叠放木梁的搭接节点处对木材凹槽处的形状要求更低，木梁截面可以是平行四边形，均可按此节点连接。因此，针对空间网壳结构提出一种胶合木梁双向叠放剪式铰接连接节点构造，在保证受力性能的基础上，提高现场施工效率和精度，减小连接区域对木结构的削弱，保证建筑外观效果。
为了满足上述胶合木空间网壳结构中对杆件节点连接的需求，经过设计研究节点的连接方式，该体系包括胶合木梁、定位不锈钢销和高强全螺纹镀锌螺钉，将双向叠放相交的胶合木梁通过2 根定位不锈钢销和8 根高强全螺纹镀锌螺钉进行连接（如计算需要，可增加镀锌螺钉）。首先将需要连接的3 根胶合木梁进行数控加工，其中上部和中部的胶合木梁需预留与中部和下部木梁尺寸匹配的凹槽。然后在上层和下层胶合木梁上分别预钻1 个不锈钢销孔和4 个与水平面呈45°的镀锌螺钉孔；在中层胶合木梁上预钻2 个不锈钢销孔和8 个与水平面呈45°的镀锌螺钉孔。不锈钢销孔径大于钢销直径1mm，螺钉孔直径小于螺钉直径5mm。在施工现场，将下部胶合木梁安装定位完成后，首先插入不锈钢销，并在螺杆孔中打入结构胶，将中部胶合木梁对准预留的不锈钢销孔拼接后完成定位。然后钉入4 根高强全螺纹镀锌螺钉，完成下半部分的节点连接。安装完中部胶合木梁后，插入不锈钢销，并在螺杆孔中打入结构胶，将上部胶合木梁对准预留的不锈钢销孔拼接后完成定位。然后钉入4 根高强全螺纹镀锌螺钉，完成整个节点连接（图3.8）。
图3.8 胶合木叠放搭接节点
1—木梁；2—钢销；3—斜向螺钉
节点设计受力分析：本节点最大的特点是不采取螺栓钢板的连接形式，而是采用进口高强螺钉直接连接。进口高强螺钉为白色镀锌镀层圆柱头全螺纹螺钉（VGZ）。典型螺钉及连接示意如图3.9 所示。
图3.9 螺钉及连接示意
如图3.10 所示，如果螺钉垂直打入连接木梁，承受两层木梁剪切荷载时螺钉抗剪刚度较弱，此时螺钉抗拔承载力最大。随着螺钉与被连接面角度的改变，抗剪承载力和抗拔承载力发生变化，实际使用可根据螺钉厂家参数（表3.1）选取。
图3.10 螺钉受力方式
基于上述方法，本项目节点设计三层双向叠放木梁之间螺钉采用45°角打入，受力分析为：节点既可承受层间剪力，也可承受面外拉力及扭矩等荷载（图3.11）。此节点连接方式在结构计算时如何考虑计算模型，需进行试验研究。
表3.1 螺钉参数
图3.11 节点螺钉连接形式
螺钉连接节点的受力模式可理解为固定弯曲连杆，受力简图如图3.12 所示。
为了进一步了解节点受力特征及受力模式，对节点方案进行试验研究。试验如图3.13、图3.14 所示。试验结果显示，节点抗剪承载力较高，层间缝隙小于1mm，受力模型符合固定弯曲连杆的受力模式，且节点具有明显的屈服点及极限破坏点，节点整体延性较好。
图3.12 受力简图
图3.13 节点试验
图3.14 节点抗剪试验位移-剪力关系曲线
网壳结构构件在实际受力时会发生扭转，叠放放置后抗扭刚度及承载力需进行试验研究。进一步对该节点方案进行抗扭试验，试验简图及试验结果如图3.15、图3.16 所示。
由抗扭试验结果可知，该节点抗扭刚度曲线可表达为y=41.2x+0.7，节点抗扭刚度为41.2kN·m/rad，节点具有抗扭刚度，需与设计内力进行比较进一步确定节点的可靠性，通过调整螺钉数量及角度实现抗扭刚度的调整。
图3.15 节点抗扭试验简图（顶视图）
图3.16 节点抗扭试验弯矩-转角曲线