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【钢结构·技术】广州圆钢结构工程(节点优化篇)

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作者:雨愔,wadezhao

一、工程概况

广州圆建筑外形呈立放的巨型玉璧,外径146.6m,内径47m,宽28.8m,总高度138m。其中本工程最大悬挑长度22m。地下2层(地下室底板面标高-9.0m),地上33层,总建筑面积约106491m2。

构形式为钢支撑框架+钢筋混凝土核心筒混合结构,由核心筒、外斜撑框架、转换桁架和外伸刚臂、内钢框架和钢梁+混凝土组合楼盖等组成,前三者构成了本工程主要受力结构。通过转换桁架吊挂或支撑楼层结构,伸臂桁架联系核心筒和外斜撑框架,增加整体抗侧刚度。

外斜撑框架共两榀,布置在结构南北两侧,立面投影大致成圆环且左右对称;由框架柱、钢斜撑和外环梁、内环梁、水平梁组成,框架柱为方钢管混凝土柱,截面尺寸为日1400x600x14~日1400x800x35、□600×35等;钢斜撑采用箱型截面尺寸为□1400x500x50、□500x500x835;水平梁截面尺寸为□500x500x825;内环梁和外环梁均为□1000x500x12钢材材质为Q345B,壁厚≥40mmQ345GJC

复杂节点由上述构件汇交而成,主要有18种,根据构造相似归类为四类。

原设计方案:(1)节点内部劲板密集,正斜、交错的布置形式,形成的内部多腔体、小夹角腔体,现场混凝土浇筑难密实。(2)节点翼板X、Y形的蝶形板构造,需整板下料,材料利用率低。在实施过程中我们对每类节点均作相关的节点优化工作,遵循“充分理解原设计意图,保证节点的承载力,满足工厂制作和现场施工的工艺性要求的原则,并合理降低工程建造成本,实现一定的经济性”的原则,并且利用有限元进行受力比较。下面例出较有代表性的ABM类节点,以供大家参考。

二、节点优化

A类节点优化思路:

(1)该节点四根斜撑杆件受力较小,把斜支撑在节点中的斜向劲板改为水平劲板,主要受力通过钢柱传递;

(2)节点在斜撑杆件翼缘板位置设置有一道竖向加劲板,该加劲板与钢柱中间竖向构造劲板间隔仅100mm,考虑到钢柱中间竖向板为构造劲板,节点区域加劲板较多,故取消钢柱中间竖向构造劲板;

(3)通过简化内部构造,节点内板件均满足焊缝可达性,且可以满足节点灌浆密实。

B类节点优化思路:

(1)该节点两根大斜撑杆件受力较大,钢柱无法直接承受斜撑杆上的力。为让上部斜撑杆上的力能直接而有效的传递到下部斜撑杆上,在斜撑杆及竖向钢柱中增加两道50mm厚竖向劲板,斜撑杆上的力由增加的竖向加劲板有效的传递到下部构件上;

(2)取消斜撑杆在钢柱中的加劲板,仅保留水平杆件在节点中的水平加劲板,保证水平钢梁水平方向力有效传递下满足现场灌浆施工;

(3)取消X型蝶形整板,减少工厂下料损失;

(4)保证结构安全前提下通过改变及简化内部构造,使节点内加劲板件均满足焊缝要求,且可以满足节点灌浆密实。

M类节点优化思路:

(1)该节点受力较小且主要受压,为保证主体斜支撑杆有效传力,在X型交叉节点中采用竖板传递斜支撑所受的力;

(2)X型节点与钢柱连接的箱型连接杆的加劲板作为主要传力板件,斜支撑的腹板与之相贯,并在相交位置增设一块水平劲板传递水平力;

(3)竖向劲板把节点的X型蝶形整板分开为两块K型整板,减少工厂下料损耗;

(4)保证传力合理有效的前提下,简化结构形式,保证板件焊接可达性并减少焊缝重叠,从而减少应力集中

三、总结

(1)结构设计过程中,通常优先考虑结构受力传递的直接性,因此在很多工程中,常常遇到非标准图集的焊接节点,内部构造复杂,存在现场施工不便利、工厂加工难度大甚至无法加工的情况。此种情况,工程招投标过程及施工过程,需要施工方和设计方多次沟通解决,有时因侧重点的不同而难以达成合理的解决,对工程进度和成本控制会产生不利。

(2)如果采取现流行的EPC模式,施工方+设计方作为联合体介入工程,有利于整个项目的统筹规划和协同运作,可以有效解决设计与施工的衔接问题、减少采购与施工的中间环节,顺利解决施工方案中的实用性、技术性、安全性之间的矛盾,并有利于业主投资与工期的控制。

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