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

天津國家會(huì)展中心展廳屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析天津國家會(huì)展中心復(fù)雜連接節(jié)點(diǎn)分析研究匯報(bào)人：張強(qiáng)2014.11.1項(xiàng)目簡介結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)分析條件結(jié)構(gòu)分析節(jié)點(diǎn)分析結(jié)論1.項(xiàng)目簡介

天津國家會(huì)展中心建于海河中游，項(xiàng)目北臨海河，南至連接市區(qū)和濱海新區(qū)的天津大道。會(huì)展一期工程的展會(huì)區(qū)鋼結(jié)構(gòu)面積達(dá)到34萬平方米，主要包括了16個(gè)大型展廳、1個(gè)中央入口大廳及貫通會(huì)展中心的交通廊1.項(xiàng)目簡介1.項(xiàng)目簡介屋蓋結(jié)構(gòu)平面尺寸為186.36mX159.7m每個(gè)展廳可提供超過1萬平米的超大展覽面積，地面荷載可達(dá)5-8噸，能夠滿足超重超大重型展品的展示要求。2.結(jié)構(gòu)體系展廳屋蓋結(jié)構(gòu)采用九榀四弦凹型桁架大跨鋼結(jié)構(gòu)，每榀桁架跨度布置均為“懸挑6m+84m+6m+84m+懸挑6m”，屋面結(jié)構(gòu)高度23.28m。2.結(jié)構(gòu)體系桁架上下弦采用直徑600mm圓管截面；弦桿間采用間距6米布置的凹型梁進(jìn)行橫向連接，凹型梁采用焊接H型變截面，翼緣寬360mm、下部高1400mm、上部高600mm。各榀桁架間距18米，采用屋面梁相連接，并布置屋面交叉拉桿以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。2.結(jié)構(gòu)體系桁架支撐柱采用人字形柱，人字形柱兩柱肢為650mmX900mm~1400mmX900mm薄壁箱形變截面。人字形柱為桁架提供較強(qiáng)的垂直桁架方向剛度，順桁架方向支撐結(jié)構(gòu)為4排人字柱。根據(jù)計(jì)算，人字柱在順桁架方向均應(yīng)為剛性連接柱腳，同時(shí)在跨中2柱布置不落地的交叉撐才能保證結(jié)構(gòu)剛度。2.結(jié)構(gòu)體系由于建筑效果需要，人字形柱柱肢需做出鉸軸效果，因此柱腳采用面內(nèi)鉸接面外剛接的連接形式。柱頂與其上部凹型桁架的連接也有建筑效果要求，設(shè)計(jì)中采用了如圖所示的節(jié)點(diǎn)連接形式。3.結(jié)構(gòu)分析條件本工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為一級(jí)。屋面為輕質(zhì)屋面做法，恒載取值1.0kN/m2；活荷載按不上人屋面取值0.5kN/m2；考慮室內(nèi)附加吊掛荷載0.5kN/m2；風(fēng)荷載按100年重現(xiàn)期取基本風(fēng)壓0.6kN/m2，同時(shí)還考慮了屋面風(fēng)機(jī)自重、溫度作用±30℃和地震作用7度0.15g。在進(jìn)行地震作用計(jì)算時(shí)，考慮規(guī)范反應(yīng)譜，同時(shí)采用該項(xiàng)目安評(píng)報(bào)告的反應(yīng)譜，并按照天津當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)做法根據(jù)覆蓋土層厚度與剪切波速對(duì)特征周期進(jìn)行取值?？紤]到建筑的重要性，建筑抗震設(shè)防類別調(diào)整為乙類，所有構(gòu)件在多遇地震下均保持彈性受力狀態(tài)，設(shè)防地震下重要構(gòu)件按中震不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.結(jié)構(gòu)分析析——?jiǎng)恿μ匦孕缘?階（X向平動(dòng)，，周期1.25s）第2階（扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，周期期1.02s）第3階（豎向向振動(dòng)周周期0.81s）4.結(jié)構(gòu)分析析——凹形桁架架斜腹桿桿穩(wěn)定分分析上下翼緣緣寬度均均為360mm，截面高高度為變變量。斜斜腹桿上上部截面面高800mm，下部截截面高1200mm，腹板厚厚12mm，翼緣厚厚16mm。由于腹腹板較薄薄，設(shè)計(jì)計(jì)中在斜斜腹桿中中設(shè)計(jì)了了縱向加加勁肋，，以保證證腹板的的穩(wěn)定性性。4.結(jié)構(gòu)分析析——凹形桁架架斜腹桿桿穩(wěn)定分分析不設(shè)置加加勁肋時(shí)時(shí)的屈曲曲分析設(shè)置加勁勁肋后的的屈曲分分析4.結(jié)構(gòu)分析析——凹形桁架架斜腹桿桿穩(wěn)定分分析極限荷載載下的變變形圖（（mm）極限荷載載下的應(yīng)應(yīng)力圖（（MPa）V形桁架斜斜腹桿在在設(shè)計(jì)荷荷載下的的雙非線線性分析析4.結(jié)構(gòu)分析析——整體模型型中對(duì)復(fù)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的特殊殊考慮根據(jù)建筑筑要求，，，兩柱柱肢頂部部采用一一塊頂板板相連，，桁架下下弦桿穿穿過凹型型梁腹板板，凹型型梁采用用縱橫向向加勁板板及局部部加勁板板，柱頂頂與凹型型梁間采采用縱橫橫向鋼板板組成的的箱形截截面相連連接。凹凹型梁下下部為薄薄壁H型截面面，高高1400mm，寬360mm，面外外剛度度及抗抗扭剛剛度較較弱，，可初初步判判斷該該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)為半半剛性性連接接。若僅采采用普普通梁梁單元元進(jìn)行行模擬擬，節(jié)節(jié)點(diǎn)剛剛度由由梁單單元的的抗扭扭提供供，由由于H型鋼抗抗扭剛剛度很很小，，該處處連接接剛度度接近近鉸接接；若采用用剛性性單元元，則則節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的受受力與與柱、、桁架架弦桿桿剛接接，連連接剛剛度偏偏大。。4.結(jié)構(gòu)分分析——整體模模型中中對(duì)復(fù)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的的特殊殊考慮慮結(jié)構(gòu)整整體模模型中中進(jìn)行行了實(shí)實(shí)際的的建模模，以以反映映該節(jié)節(jié)點(diǎn)的的實(shí)際際剛度度，本本文將將該方方法稱稱為““節(jié)點(diǎn)點(diǎn)原位位實(shí)體體法””。4.結(jié)構(gòu)分分析——整體模模型中中對(duì)復(fù)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的的特殊殊考慮慮4.結(jié)構(gòu)分分析——整體模模型中中對(duì)復(fù)復(fù)雜節(jié)節(jié)點(diǎn)的的特殊殊考慮慮選擇節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)附近近及跨跨中的的點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行內(nèi)內(nèi)力、、變形形的比比較。。得到到如下下結(jié)論論：（1）三種種方法法對(duì)節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模模擬對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)整體體效應(yīng)應(yīng)影響響較小小，如如周期期、變變形；；（2）三種種方法法對(duì)節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模模擬對(duì)對(duì)離節(jié)節(jié)點(diǎn)較較遠(yuǎn)位位置處處的構(gòu)構(gòu)件計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)果影影響較較小，，如圖圖12中點(diǎn)B、D、F、G；（3）三種種方法法對(duì)節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)的模模擬對(duì)對(duì)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)附近近的局局部構(gòu)構(gòu)件計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)果影影響較較大，，如點(diǎn)點(diǎn)C、E處的軸軸力與與彎矩矩，直直接影影響到到了該該區(qū)域域的構(gòu)構(gòu)件應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)；；（4）綜合合分析析看來來，該該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)連接接為半半剛性性連接接，但但采用用普通通梁單單元方方法進(jìn)進(jìn)行模模擬的的整體體計(jì)算算結(jié)果果與采采用節(jié)節(jié)點(diǎn)原原位實(shí)實(shí)體法法的計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)果更更為接接近，，但節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)計(jì)算算分析析應(yīng)采采用節(jié)節(jié)點(diǎn)原原位實(shí)實(shí)體法法的分分析結(jié)結(jié)果。。5.節(jié)點(diǎn)分分析——A類人字字柱柱柱頂節(jié)節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分分析——A類人字字柱柱柱頂節(jié)節(jié)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)分分析——A類人字字柱柱柱頂節(jié)節(jié)點(diǎn)在1.0倍設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下，，板件件最大大應(yīng)力力約220Mpa。為研究究節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的極極限承承載力力，對(duì)對(duì)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行行了1.6倍設(shè)計(jì)計(jì)荷載載（約約2倍標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)荷載載）下下的節(jié)節(jié)點(diǎn)分分析。。分析析表明明節(jié)點(diǎn)點(diǎn)在1.6倍設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下，節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)局部進(jìn)進(jìn)入塑塑性，，但節(jié)節(jié)點(diǎn)仍仍保持持了較較好的的承載載能力力，節(jié)節(jié)點(diǎn)承承載能能力冗冗余度度較高高。最最大應(yīng)應(yīng)力點(diǎn)點(diǎn)位于于凹型型梁腹腹板與與下弦弦桿相相接處處。5.節(jié)點(diǎn)分分析——A類人字字柱柱柱頂節(jié)節(jié)點(diǎn)ANSYS分析結(jié)結(jié)果與與SAP2000中節(jié)點(diǎn)點(diǎn)原位位實(shí)體體法的的對(duì)比比。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———B類人人字字柱柱柱柱頂頂節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———B類人人字字柱柱柱柱頂頂節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———A類人人字字柱柱柱柱腳腳鉸鉸軸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)直徑徑450mm鉸軸軸采采用用鑄鑄鋼鋼材材料料G20Mn5QT直徑徑160mm銷軸軸采采用用40Cr材料料其它它板板件件為為Q345B鋼材材。。最不不利利工工況況下下的的節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)受受力力為為：：軸軸力力4093kN，面面外外彎彎矩矩1457kN.m。5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———A類人人字字柱柱柱柱腳腳鉸鉸軸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)整整體體受受力力良良好好銷軸軸最最大大局局部部應(yīng)應(yīng)力力202MPa5.節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分分析析———A類人人字字柱柱柱柱腳腳鉸鉸軸軸節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)1倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷荷載載下下，，鑄鋼鋼孔孔壁壁受受局局部部壓壓力力，，部部分分材材料料進(jìn)進(jìn)行行塑塑性性。。3倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷荷載載作作用用下下，，鑄鑄鋼鋼鉸鉸軸軸邊邊緣緣及及支支座座外外側(cè)側(cè)板板件件有有較較大大區(qū)區(qū)域域進(jìn)進(jìn)入入塑塑性性，，但但節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)仍仍具具有有一一定定的的承承載載能能力力。。1倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布3倍設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下下的的應(yīng)力力分分布布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)中央央入入口口大大廳廳是是十十字字型型鋼鋼柱柱支支撐撐的的大大跨跨樹樹狀狀鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，由由32個(gè)樹樹狀狀結(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。樹樹狀狀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)高高32.8m，頂頂面面邊邊長長約約30m，柱柱距距36m、39m。樹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)樹樹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樹冠冠連連接接處處，，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樹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，位于分支下下部翼緣與十十字柱壁板的的交線位置。。在1.6倍節(jié)點(diǎn)控制內(nèi)內(nèi)力作用于下下，節(jié)點(diǎn)區(qū)仍仍完全處于彈彈性工作狀態(tài)態(tài)。5.節(jié)點(diǎn)分析——中央入口大廳廳節(jié)點(diǎn)11.0倍設(shè)計(jì)荷載下的應(yīng)力分布圖節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力力為298MPa，最大應(yīng)力出出現(xiàn)在下部分分叉與上部角角分杈的交匯匯處，最大應(yīng)應(yīng)力出現(xiàn)于局局部應(yīng)力集中中區(qū)域。1倍節(jié)點(diǎn)控制內(nèi)內(nèi)力作用于節(jié)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)全部處于彈彈性工作狀態(tài)態(tài)。5.節(jié)點(diǎn)分析——中央入口大廳廳節(jié)點(diǎn)11.6倍設(shè)計(jì)荷載下的應(yīng)力分布圖1.6倍設(shè)計(jì)荷載下下，節(jié)點(diǎn)最大大應(yīng)力350MPa，