斜撐框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        作者:柳躍強(qiáng) 蔣海軍 婁峰 趙文雁 甘書(shū)燦    
        時(shí)間:2013-11-19 11:00:21 [收藏]
        廣東塑料交易所總部大樓建筑外形呈立放的巨型玉璧,采用斜撐框架+核心筒+轉(zhuǎn)換桁架受力體系;斜撐框架為箱型截面,復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多桿件匯交而成,由于板件正斜、交錯(cuò)的密集布置,存在工廠焊接不可達(dá),現(xiàn)場(chǎng)施
            關(guān)鍵詞:斜撐框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接

           要:廣東塑料交易所總部大樓建筑外形呈立放的巨型玉璧,采用斜撐框架+核心筒+轉(zhuǎn)換桁架受力體系;斜撐框架為箱型截面,復(fù)雜節(jié)點(diǎn)多桿件匯交而成,由于板件正斜、交錯(cuò)的密集布置,存在工廠焊接不可達(dá),現(xiàn)場(chǎng)施工灌漿難密實(shí)等不利因素;本文在對(duì)斜撐框架復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的工藝性分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化以滿足工藝性的要求,形成一定的經(jīng)濟(jì)性;并通過(guò)有限元分析驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)承載力。
          關(guān)鍵詞:斜撐框架  復(fù)雜節(jié)點(diǎn)  焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化  工藝性  經(jīng)濟(jì)性  有限元分析

          1
          .工程概況

          廣東興業(yè)國(guó)際倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目科研主樓主體工程建筑外形呈立放的巨型玉璧,外徑146.6m,內(nèi)徑47m,寬28.8m,總高度138m。結(jié)構(gòu)形式為鋼支撐框架+鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu),由核心筒、外斜撐框架、轉(zhuǎn)換桁架和外伸剛臂、內(nèi)鋼框架和鋼梁+混凝土組合樓蓋等組成,前三者構(gòu)成了本工程主要受力結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1


          \
          圖1  結(jié)構(gòu)體系組成(斜撐框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接

          外斜撐框架共兩榀,由框架柱、鋼斜撐和外環(huán)梁、內(nèi)環(huán)梁、水平梁組成,見(jiàn)圖2;布置在結(jié)構(gòu)南北兩側(cè),立面投影大致成圓環(huán)

          且左右對(duì)稱(chēng)??蚣苤鶠榉戒摴芑炷林孛娉叽鐬槿?/span>1400x600x14~日1400x800x35、□600x35等;鋼斜撐采用箱型截面

          尺寸為□1400x500x50、□500x500x835;水平梁截面尺寸為□500x500x825;內(nèi)環(huán)梁和外環(huán)梁均為□1000x500x12。鋼

          材材質(zhì)為Q345B,壁厚≥40mmQ345GJC。


          \
          圖2 斜撐框架組成

          斜撐框架復(fù)雜節(jié)點(diǎn)由上述構(gòu)件匯交而成,主要有18種,部分節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)區(qū)域壁厚加強(qiáng),主要復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的分布與構(gòu)造見(jiàn)圖3,根據(jù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的相似性,歸類(lèi)如下:



          \
          圖3  主要復(fù)雜節(jié)點(diǎn)布置與構(gòu)造(斜撐框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接

          1B、CE、J節(jié)點(diǎn):鋼斜撐(□1400x500x50)與框架柱(日1400x600x50)匯交形成節(jié)點(diǎn)本體,翼板采用X形或Y形的蝶形板;框架梁(□500)和鋼斜撐(□500)交于本體上;柱內(nèi)灌混凝土。
          2R節(jié)點(diǎn):兩鋼斜撐(□1400x500x50)匯交形成節(jié)點(diǎn)本體,翼板采用X形的蝶形板;框架柱(□600)、框架梁(□500)及轉(zhuǎn)換桁架(□600)貫于本體上。
          3K、LM、V節(jié)點(diǎn):兩鋼斜撐(□500)匯交成X形(翼板為X形的蝶形板)或鋼斜撐(□500)與框架梁(□500)匯交成卄形,通過(guò)箱型牛腿掛于框架柱(□600)。
          4A、D、H、S、W、XZ節(jié)點(diǎn):鋼斜撐(□500)、框架梁(□500)、內(nèi)外環(huán)梁(□1000x500)或轉(zhuǎn)換桁架(□600)匯交于框架柱(日1400x600)上。
          5N、P節(jié)點(diǎn):框架柱(□600)、框架梁(□500)、轉(zhuǎn)換桁架(□600)等匯交于鋼斜撐(□1400x500x50)上。
          2
          .復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則
          本工程斜撐框架節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜、內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、制作工藝復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)施工難度大,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行工藝性分析,具有下述特點(diǎn):
          1)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造復(fù)雜,內(nèi)部勁板密集,正斜、交錯(cuò)的布置形式,形成的內(nèi)部多腔體、小夾角腔體,現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑難密實(shí),實(shí)體工藝試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。
          2)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部空間一定,勁板的密集與交錯(cuò)布置,造成內(nèi)部施焊空間小,焊接不可達(dá),工廠制作難度大。



          \
           圖4  A類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前形式


          3)節(jié)點(diǎn)翼板XY形的蝶形板構(gòu)造,需整板下料,材料利用率低,且節(jié)點(diǎn)內(nèi)部50mm厚勁板Q345GJC-Z25的材質(zhì)要求,未能充分利用材料的強(qiáng)度。
          針對(duì)節(jié)點(diǎn)特點(diǎn),結(jié)合制作工藝、現(xiàn)場(chǎng)施工工藝及節(jié)點(diǎn)受力性能,優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循充分理解原設(shè)計(jì)意圖,保證節(jié)點(diǎn)的承載力,滿足工廠制作和現(xiàn)場(chǎng)施工的工藝性要求的原則,并合理降低工程建造成本,實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)性。
          1)合理選擇和利用材料,提高材料的利用率并充分發(fā)揮構(gòu)件材料的強(qiáng)度。
          2)合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式,盡量采取簡(jiǎn)單、平直明快的構(gòu)造形式,滿足工廠焊接可達(dá)性和現(xiàn)場(chǎng)灌漿密實(shí)性的工藝性要求,有利于施工的方便性、高效性。
          3
          .復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
          3.2.1
          斜撐框架A類(lèi)節(jié)點(diǎn)
          斜撐框架A類(lèi)節(jié)點(diǎn)由口1400x600x25鋼柱、四根口500x16斜撐桿及兩根口600x20水平桿件匯交成。內(nèi)部勁板正斜交錯(cuò),板件全熔透焊接施焊難度大,焊接死角多;節(jié)點(diǎn)中存在斜向加勁板,灌漿難以密實(shí),見(jiàn)圖4。
          節(jié)點(diǎn)優(yōu)化:
          1)該節(jié)點(diǎn)四根斜撐桿件受力較小,把斜支撐在節(jié)點(diǎn)中的斜向勁板改為水平勁板,主要受力通過(guò)鋼柱傳遞;
          2)節(jié)點(diǎn)在斜撐桿件翼緣板位置設(shè)置有一道豎向加勁板,該加勁板與鋼柱中間豎向構(gòu)造勁板間隔僅100mm,考慮到鋼柱中間豎向板為構(gòu)造勁板,節(jié)點(diǎn)區(qū)域加勁板較多,故取消鋼柱中間豎向構(gòu)造勁板。
          通過(guò)簡(jiǎn)化內(nèi)部構(gòu)造,節(jié)點(diǎn)內(nèi)板件均滿足焊縫可達(dá)性,且可以滿足節(jié)點(diǎn)灌漿密實(shí),見(jiàn)圖5。



          \
          圖5  A類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后形式

          3.2.2斜撐框架B類(lèi)節(jié)點(diǎn)
          斜撐框架B類(lèi)節(jié)點(diǎn)由口1400x600x50鋼柱、兩根口1400x600x50斜撐桿、兩根口500x16斜撐桿及兩根口600x20水平桿匯交成。

          內(nèi)部勁板厚且正斜交錯(cuò),斜厚板全熔透焊接難度大,節(jié)點(diǎn)內(nèi)勁板焊接死角多;節(jié)點(diǎn)中加勁板密集,灌漿難以密實(shí);節(jié)點(diǎn)翼緣板

          X型蝶形板,板件下料浪費(fèi)嚴(yán)重,見(jiàn)圖6。





          \
          圖6  B類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前形式

          節(jié)點(diǎn)優(yōu)化:
          1
          、該節(jié)點(diǎn)兩根大斜撐桿件受力較大,鋼柱無(wú)法直接承受斜撐桿上的力。為讓上部斜撐桿上的力能直接而有效的傳遞到下部斜撐桿

          上,在斜撐桿及豎向鋼柱中增加兩道50mm厚豎向勁板,斜撐桿上的力由增加的豎向加勁板有效的傳遞到下部構(gòu)件上。 
          2
          、取消斜撐桿在鋼柱中的加勁板,僅保留水平桿件在節(jié)點(diǎn)中的水平加勁板,保證水平鋼梁水平方向力有效傳遞下滿足現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工。
          3
          、取消X型蝶形整板,減少工廠下料損失。
          保證結(jié)構(gòu)安全前提下通過(guò)改變及簡(jiǎn)化內(nèi)部構(gòu)造,使節(jié)點(diǎn)內(nèi)加勁板件均滿足焊縫要求,且可以滿足節(jié)點(diǎn)灌漿密實(shí),見(jiàn)圖7
          3.2.3
          斜撐框架M類(lèi)節(jié)點(diǎn)
          斜撐框架M類(lèi)節(jié)點(diǎn)由四根口500x16斜撐桿相交叉并通過(guò)箱型連接桿與口600x16鋼柱匯交成。內(nèi)部勁



          \
          圖7  B類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后形式

          板多且密,節(jié)點(diǎn)中加勁板焊接死角多,全熔透焊接難度大;交叉節(jié)點(diǎn)翼緣板為X型蝶形整板,板件工廠下料浪費(fèi)大,見(jiàn)圖8。

          \

          圖8  M類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前形式


          節(jié)點(diǎn)優(yōu)化:
          1
          、該節(jié)點(diǎn)受力較小且主要受壓,為保證主體斜支撐桿有效傳力,在X型交叉節(jié)點(diǎn)中采用豎板傳遞斜支撐所受的力。
          2
          、把X型節(jié)點(diǎn)與鋼柱連接的箱型連接桿的加勁板作為主要傳力板件,斜支撐的腹板與之相貫,并在相交位置增設(shè)一塊水平勁板傳遞水平力。
          3
          、豎向勁板把節(jié)點(diǎn)的X型蝶形整板分開(kāi)為兩塊K型整板,減少工廠下料損耗。
          保證傳力合理有效的前提下,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)形式,保證板件焊接可達(dá)性并減少焊縫重疊,從而減少應(yīng)力集中,見(jiàn)圖9


          \
          圖9  M類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后形式

          3.2.4斜撐框架R類(lèi)節(jié)點(diǎn)

          斜撐框架R類(lèi)節(jié)點(diǎn)由兩根口1400x600x35斜撐桿、一根口600x16豎桿、兩根口600x20水平桿及一個(gè)轉(zhuǎn)換

          桁架匯交成。內(nèi)部勁板厚且正斜交錯(cuò),節(jié)點(diǎn)內(nèi)勁板焊接死角多;節(jié)點(diǎn)翼緣板為X型蝶形板,板件下料浪費(fèi)

          嚴(yán)重,見(jiàn)圖10。

          \
           圖10  R類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前形式
          節(jié)點(diǎn)優(yōu)化:

          1、該節(jié)點(diǎn)主要受力構(gòu)件為兩根斜支撐及轉(zhuǎn)換桁架構(gòu)件,在保證主要受力構(gòu)件不變的情況下減少非主要受力桿

          件的加勁板,以簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)形式,使節(jié)點(diǎn)滿足工廠組裝工藝要求。

          2、取消節(jié)點(diǎn)X型蝶形翼緣板,采用傳統(tǒng)的相交桿件對(duì)接方式,減少工廠板件下料損耗。
          3、對(duì)節(jié)點(diǎn)中部分腹板進(jìn)行組裝分段,合理安排板件組焊順序,以滿足節(jié)點(diǎn)內(nèi)板件焊接可達(dá)性。
          4、在相交桿件上部增長(zhǎng)轉(zhuǎn)換桁架翼緣板傳力勁板,以便桁架傳力更有效,受力更合理,見(jiàn)圖11。

          \
           圖11  R類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后形式(斜撐框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)焊接
          3.2.4斜撐框架V類(lèi)節(jié)點(diǎn)

          斜撐框架V類(lèi)節(jié)點(diǎn)由四根口600x25斜撐桿、一根口600x20豎桿及一個(gè)轉(zhuǎn)換桁架匯交成,四根斜撐桿組

          成的X型節(jié)點(diǎn)與豎向鋼柱通過(guò)兩塊豎向勁板連接。內(nèi)部勁板多特別是轉(zhuǎn)換桁架伸過(guò)來(lái)的勁板正斜交錯(cuò),

          節(jié)點(diǎn)內(nèi)勁板焊接死角多,見(jiàn)圖12。

          \
          圖12  V類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化前形式
          節(jié)點(diǎn)優(yōu)化:
          1、轉(zhuǎn)換桁架傳力板向上提高60mm,保證斜支撐翼緣板與此板焊接時(shí)焊縫不重疊。滿足焊縫可達(dá)性。

          2、采用豎向勁板及水平勁板傳遞斜支撐腹板豎向受力及水平受力,在滿足主要桿件受力情況下簡(jiǎn)化節(jié)

          點(diǎn)形式,使板件均可焊接。

          3、調(diào)整節(jié)點(diǎn)內(nèi)板件組裝順序,使之符合工廠焊接工藝要求,見(jiàn)圖13。
          \
          圖13  V類(lèi)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化后形式
          4.優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)有限元分析

          斜撐框架為本工程受力體系主要組成之一,利用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)的承載力校

          核,結(jié)果表明優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)的承載力滿足結(jié)構(gòu)受力需要。以B節(jié)點(diǎn)為例,計(jì)算結(jié)果如圖14

          \
          圖14  優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)有限元分析


          從上圖可以看出,優(yōu)化后在設(shè)計(jì)荷載下節(jié)點(diǎn)區(qū)域Von-Mises應(yīng)力為230Mpa,小于材料屈服強(qiáng)度280Mpa(

          節(jié)點(diǎn)區(qū)域板厚為50mm);在極限荷載下(2倍的設(shè)計(jì)荷載)下,優(yōu)化后節(jié)點(diǎn)交匯區(qū)域應(yīng)力分別達(dá)到324Mpa。

          5.結(jié)語(yǔ)

          通過(guò)對(duì)本工程復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的工藝性分析,有目的、有針對(duì)性的進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化,保證節(jié)點(diǎn)承載力的前提下,

          解決了本工程復(fù)雜節(jié)點(diǎn)工廠制作的焊接可達(dá)性和現(xiàn)場(chǎng)灌漿難密實(shí)的難題;并提高了材料的利用率,且節(jié)點(diǎn)結(jié)

          構(gòu)的簡(jiǎn)化提高了施工工效,降低工程成本,確保了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的工藝性并實(shí)現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)性。


          參考文獻(xiàn) 
          [1] 焊接手冊(cè) 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)  機(jī)械工業(yè)出版社 2001年8月
          [2] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003) [S]


          (浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司,浙江紹興  312030)

          下載附件:
        • 點(diǎn)擊下載

        • "歡迎大家轉(zhuǎn)摘!轉(zhuǎn)載須注明中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)(www.szsmartbridge.com)謝謝合作!"

        相關(guān)文章:


        文章標(biāo)題
        建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)--中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)分會(huì)官方

        欧美亚洲黄色网站黄,国产精品手机视频,国产又色又爽又黄刺激小视频,日韩AV成人片在线观看 久久亚洲一区二区三区四区 日本熟妇牲交视频在线观看,国产在线播放99,国产一级无码视频,国产在线观看添荫蒂视频|www.tjnx.com.cn/ 日本熟妇牲交视频在线观看,国产在线播放99,国产一级无码视频,国产在线观看添荫蒂视频|www.zzshanglu.com http://www.tjnx.com.cn/ http://www.zzshanglu.com