天津國(guó)家會(huì)展中心展廳屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

天津國(guó)家家會(huì)展中中心展廳廳屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)分析天津國(guó)家家會(huì)展中中心復(fù)雜雜連接節(jié)節(jié)點(diǎn)分析析研究匯報(bào)人：：張強(qiáng)2014.11.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介介結(jié)構(gòu)體系系結(jié)構(gòu)分析析條件結(jié)構(gòu)分析析節(jié)點(diǎn)分析析結(jié)論1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介介天津國(guó)家家會(huì)展中中心建于于海河中中游，項(xiàng)項(xiàng)目北臨臨海河，，南至連連接市區(qū)區(qū)和濱海海新區(qū)的的天津大大道。會(huì)會(huì)展一期期工程的的展會(huì)區(qū)區(qū)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)面積達(dá)達(dá)到34萬(wàn)平方米米，主要要包括了了16個(gè)大型展展廳、1個(gè)中央入入口大廳廳及貫通通會(huì)展中中心的交交通廊1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介介1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介介屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)平面尺尺寸為186.36mX159.7m每個(gè)展廳廳可提供供超過(guò)1萬(wàn)平米的的超大展展覽面積積，地面面荷載可可達(dá)5-8噸，能夠夠滿足超超重超大大重型展展品的展展示要求求。2.結(jié)構(gòu)體系系展廳屋蓋蓋結(jié)構(gòu)采采用九榀榀四弦凹凹型桁架架大跨鋼鋼結(jié)構(gòu)，，每榀桁桁架跨度度布置均均為“懸懸挑6m+84m+6m+84m+懸挑6m”，屋面結(jié)結(jié)構(gòu)高度度23.28m。2.結(jié)構(gòu)體系系桁架上下弦采采用直徑徑600mm圓管截截面；；弦桿桿間采采用間間距6米布置置的凹凹型梁梁進(jìn)行行橫向向連接接，凹凹型梁梁采用用焊接接H型變截截面，，翼緣緣寬360mm、下部部高1400mm、上部部高600mm。各榀桁架架間距距18米，采采用屋屋面梁梁相連連接，，并布布置屋屋面交交叉拉拉桿以以加強(qiáng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)整體體性。。2.結(jié)構(gòu)體體系桁架支支撐柱柱采用用人字字形柱柱，人人字形形柱兩兩柱肢肢為650mmX900mm~1400mmX900mm薄壁箱箱形變變截面面。人字形柱柱為桁桁架提提供較較強(qiáng)的的垂直直桁架架方向向剛度度，順順桁架架方向向支撐撐結(jié)構(gòu)構(gòu)為4排人字字柱。。根據(jù)據(jù)計(jì)算算，人人字柱柱在順順桁架架方向向均應(yīng)應(yīng)為剛剛性連連接柱柱腳，，同時(shí)時(shí)在跨跨中2柱布置置不落落地的的交叉叉撐才才能保保證結(jié)結(jié)構(gòu)剛剛度。。2.結(jié)構(gòu)體體系由于建筑效效果需需要，，人字字形柱柱柱肢肢需做做出鉸鉸軸效效果，，因此此柱腳腳采用用面內(nèi)內(nèi)鉸接接面外外剛接接的連連接形式。。柱頂與其其上部部凹型型桁架架的連連接也也有建建筑效效果要要求，，設(shè)計(jì)計(jì)中采采用了如圖圖所示的節(jié)節(jié)點(diǎn)連連接形形式。。3.結(jié)構(gòu)分分析條條件本工程程設(shè)計(jì)計(jì)使用用年限限為50年，安安全等等級(jí)為為一級(jí)級(jí)。屋屋面為為輕質(zhì)質(zhì)屋面面做法法，恒恒載取取值1.0kN/m2；活荷載載按不不上人人屋面面取值值0.5kN/m2；考慮慮室內(nèi)內(nèi)附加加吊掛掛荷載載0.5kN/m2；風(fēng)荷荷載按按100年重現(xiàn)現(xiàn)期取取基本本風(fēng)壓壓0.6kN/m2，同時(shí)時(shí)還考考慮了了屋面面風(fēng)機(jī)機(jī)自重重、溫溫度作作用±30℃和地震震作用7度0.15g。在進(jìn)行行地震震作用用計(jì)算算時(shí)，，考慮慮規(guī)范范反應(yīng)應(yīng)譜，，同時(shí)時(shí)采用用該項(xiàng)項(xiàng)目安安評(píng)報(bào)報(bào)告的的反應(yīng)應(yīng)譜，，并按按照天天津當(dāng)當(dāng)?shù)爻３Ｒ?guī)做做法根根據(jù)覆覆蓋土土層厚厚度與與剪切切波速速對(duì)特特征周周期進(jìn)進(jìn)行取取值。?？紤]慮到建建筑的的重要要性，，建筑筑抗震震設(shè)防防類別別調(diào)整整為乙乙類，，所有有構(gòu)件件在多多遇地地震下下均保保持彈彈性受受力狀狀態(tài)，，設(shè)防防地震震下重重要構(gòu)構(gòu)件按按中震震不屈屈服進(jìn)進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)。。4.結(jié)構(gòu)分分析——?jiǎng)恿μ靥匦缘?階（X向平動(dòng)動(dòng)，周周期1.25s）第2階（扭扭轉(zhuǎn)，，周期期1.02s）第3階（豎豎向振振動(dòng)周周期0.81s）4.結(jié)構(gòu)分分析——凹形桁桁架斜斜腹桿桿穩(wěn)定定分析析上下翼緣寬寬度均為360mm，截面高度度為變量。。斜腹桿上上部截面高高800mm，下部截面面高1200mm，腹板厚12mm，翼緣厚16mm。由于腹板板較薄，設(shè)設(shè)計(jì)中在斜斜腹桿中設(shè)設(shè)計(jì)了縱向向加勁肋，，以保證腹腹板的穩(wěn)定定性。4.結(jié)構(gòu)分析——凹形桁架斜斜腹桿穩(wěn)定定分析不設(shè)置加勁勁肋時(shí)的屈屈曲分析設(shè)置加勁肋肋后的屈曲曲分析4.結(jié)構(gòu)分析——凹形桁架斜斜腹桿穩(wěn)定定分析極限荷載下下的變形圖圖（mm）極限荷載下下的應(yīng)力圖圖（MPa）V形桁架斜腹腹桿在設(shè)計(jì)計(jì)荷載下的的雙非線性性分析4.結(jié)構(gòu)分析——整體模型中中對(duì)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的特殊殊考慮根據(jù)建筑要要求，，兩兩柱肢頂部部采用一塊塊頂板相連連，桁架下下弦桿穿過(guò)過(guò)凹型梁腹腹板，凹型型梁采用縱縱橫向加勁勁板及局部部加勁板，，柱頂與凹凹型梁間采采用縱橫向向鋼板組成成的箱形截截面相連接接。凹型梁梁下部為薄薄壁H型截面，高高1400mm，寬360mm，面外剛度度及抗扭剛剛度較弱，，可初步判判斷該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)為半剛性性連接。若僅采用普普通梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬擬，節(jié)點(diǎn)剛剛度由梁?jiǎn)螁卧目古づぬ峁?，由由于H型鋼抗扭剛剛度很小，，該處連接接剛度接近近鉸接；若采用剛性性單元，則則節(jié)點(diǎn)的受受力與柱、、桁架弦桿桿剛接，連連接剛度偏偏大。4.結(jié)構(gòu)分析——整體模型中中對(duì)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的特殊殊考慮結(jié)構(gòu)整體模模型中進(jìn)行行了實(shí)際的的建模，以以反映該節(jié)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際際剛度，本本文將該方方法稱為““節(jié)點(diǎn)原位位實(shí)體法””。4.結(jié)構(gòu)分析——整體模型中中對(duì)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的特殊殊考慮4.結(jié)構(gòu)分析——整體模型中中對(duì)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的特殊殊考慮選擇節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)附近及跨跨中的點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行內(nèi)力、、變形的比比較。得到到如下結(jié)論論：（1）三種方法法對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模擬對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體體效應(yīng)影響響較小，如如周期、變變形；（2）三種方法法對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模擬對(duì)對(duì)離節(jié)點(diǎn)較較遠(yuǎn)位置處處的構(gòu)件計(jì)計(jì)算結(jié)果影影響較小，，如圖12中點(diǎn)B、D、F、G；（3）三種方法法對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模擬對(duì)對(duì)節(jié)點(diǎn)附近近的局部構(gòu)構(gòu)件計(jì)算結(jié)結(jié)果影響較較大，如點(diǎn)點(diǎn)C、E處的軸力與與彎矩，直直接影響到到了該區(qū)域域的構(gòu)件應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)；；（4）綜合分析析看來(lái)，該該節(jié)點(diǎn)連接接為半剛性性連接，但但采用普通通梁?jiǎn)卧椒椒ㄟM(jìn)行模模擬的整體體計(jì)算結(jié)果果與采用節(jié)節(jié)點(diǎn)原位實(shí)實(shí)體法的計(jì)計(jì)算結(jié)果更更為接近，，但節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)計(jì)算分析析應(yīng)采用節(jié)節(jié)點(diǎn)原位實(shí)實(shí)體法的分分析結(jié)果。。5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)在1.0倍設(shè)計(jì)荷載載下，板件件最大應(yīng)力力約220Mpa。為研究節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的極限承承載力，對(duì)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行行了1.6倍設(shè)計(jì)荷載載（約2倍標(biāo)準(zhǔn)荷載載）下的節(jié)節(jié)點(diǎn)分析。。分析表明明節(jié)點(diǎn)在1.6倍設(shè)計(jì)荷載載下，節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)局部進(jìn)入塑塑性，但節(jié)節(jié)點(diǎn)仍保持持了較好的的承載能力力，節(jié)點(diǎn)承承載能力冗冗余度較高高。最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)位于于凹型梁腹腹板與下弦弦桿相接處處。5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)ANSYS分析結(jié)果與與SAP2000中節(jié)點(diǎn)原位位實(shí)體法的的對(duì)比。5.節(jié)點(diǎn)分析——B類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分析——B類人字柱柱柱頂節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱腳鉸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)直徑450mm鉸軸采用鑄鑄鋼材料G20Mn5QT直徑160mm銷軸采用40Cr材料其它板件為為Q345B鋼材。最不利工況況下的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)受力為：：軸力4093kN，面外彎矩矩1457kN.m。5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱腳鉸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)整體受受力良好銷軸最大局局部應(yīng)力202MPa5.節(jié)點(diǎn)分析——A類人字柱柱柱腳鉸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)1倍設(shè)計(jì)荷載載下，鑄鋼孔壁受受局部壓力力，部分材材料進(jìn)行塑塑性。3倍設(shè)計(jì)荷載載作用下，，鑄鋼鉸軸軸邊緣及支支座外側(cè)板板件有較大大區(qū)域進(jìn)入入塑性，但但節(jié)點(diǎn)仍具具有一定的的承載能力力。1倍設(shè)計(jì)荷載下的應(yīng)力分布3倍設(shè)計(jì)荷載下的應(yīng)力分布5.節(jié)點(diǎn)分析——中央入口大大廳節(jié)點(diǎn)中央入口大大廳是十字字型鋼柱支支撐的大跨跨樹(shù)狀鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，由32個(gè)樹(shù)樹(shù)狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形成成，，屋屋面面總總平平面面尺尺寸寸141.3mX285.3m。樹(shù)樹(shù)狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)高高32.8m，頂頂面面邊邊長(zhǎng)長(zhǎng)約約30m，柱柱距距36m、39m。樹(shù)狀狀柱柱單單元元采采用用各各種種斜斜撐撐形形成成了了穩(wěn)穩(wěn)定定的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系，，整整個(gè)個(gè)樹(shù)樹(shù)狀狀柱柱的的薄薄弱弱環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)出出現(xiàn)現(xiàn)在在柱柱頂頂與與樹(shù)樹(shù)冠冠連連接接處處，，有有必必要要對(duì)對(duì)該該連連接接位位置置進(jìn)進(jìn)行行有有限限元元分分析析，，以以保保證證其其安安全全性性。。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———中央央入入口口大大廳廳節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)15.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———中央央入入口口大大廳廳節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)11倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布圖圖節(jié)點(diǎn)點(diǎn)最最大大應(yīng)應(yīng)力力為為215.7MPa，最最大大內(nèi)內(nèi)力力出出現(xiàn)現(xiàn)在在下下部部分分叉叉與與樹(shù)樹(shù)狀狀十十字字柱柱的的交交匯匯處處。。1.0倍節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)控控制制內(nèi)內(nèi)力力作作用用于于節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)時(shí)時(shí)，，節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)全全部部處處于于彈彈性性工工作作狀狀態(tài)態(tài)。。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———中央央入入口口大大廳廳節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)11.6倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布圖圖在1.6倍節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)控控制制內(nèi)內(nèi)力力作作用用下下，，節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)最最大大應(yīng)應(yīng)力力為為321.864MPa，位位于于分分支支下下部部翼翼緣緣與與十十字字柱柱壁壁板板的的交交線線位位置置。。在在1.6倍節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)控控制制內(nèi)內(nèi)力力作作用用于于下下，，節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)區(qū)區(qū)仍仍完完全全處處于于彈彈性性工工作作狀狀態(tài)態(tài)。。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———中央央入入口口大大廳廳節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)11.0倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布圖圖節(jié)點(diǎn)點(diǎn)最最大大應(yīng)應(yīng)力力為為298MPa，最最大大應(yīng)應(yīng)力力出出現(xiàn)現(xiàn)在在下下部部分分叉叉與與上上部部角角分分杈杈的的交交匯匯處處，，最最大大應(yīng)應(yīng)力力出出現(xiàn)現(xiàn)于于局局部部應(yīng)應(yīng)力力集集中中區(qū)區(qū)域域。。1倍節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)控控制制內(nèi)內(nèi)力力作作用用于于節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)時(shí)時(shí)，，節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)全全部部處處于于彈彈性性工工作作狀狀態(tài)態(tài)。。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———中央央入入口口大大廳廳節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)11.6倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布圖圖1.6倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷荷載載下下，，節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)最最大大應(yīng)應(yīng)力力350MPa，最最大大應(yīng)應(yīng)力力位位置置與與1.0倍荷荷載載時(shí)時(shí)的的應(yīng)應(yīng)力力集集中中點(diǎn)點(diǎn)位位置置相相同同，，在在該該節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的的其其余余位位置置受受力力均均處處于于彈彈性性狀狀態(tài)態(tài)。。5.結(jié)論論為節(jié)約約造造價(jià)價(jià)，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中中大大量量采采用用了了寬寬厚厚比比較較大大的的薄薄壁壁截截面面。。該該項(xiàng)項(xiàng)目目中中