鑄鋼索夾節(jié)點在弦支穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

摘要:弦支穹頂結(jié)構(gòu)是一種新型的空間結(jié)構(gòu)，其是通過雜交空間結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，以巧妙的技術(shù)手段和方式將建筑結(jié)構(gòu)上弦網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與下弦張拉整體 索桿體系有效的結(jié)合成為一個整體，并通過給下弦整體張拉結(jié)構(gòu)空間形成一個環(huán)向的索、徑向來施加一個合理的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，進而控制上弦網(wǎng)殼的預(yù)應(yīng) 力和變形應(yīng)力，確保上弦網(wǎng)殼的抗屈強度以及整體性強度，使得其在工作中能夠真正的做到剛?cè)岵墓ぷ饕蠛凸ぷ髂Ｊ健Ｒ话愣裕抑я讽斀Y(jié)構(gòu)中 釆用鑄鋼索夾節(jié)點預(yù)應(yīng)力對于提高整體強度有著至關(guān)重要的作用與意義。

河北鑄鋼廠生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜鑄鋼節(jié)點

關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承載力節(jié)點

目前社會發(fā)展中，國內(nèi)外對于中小跨度的弦支穹頂結(jié)構(gòu)都提出了系 統(tǒng)全面的優(yōu)化與認(rèn)識，并且在工作中對于工程的承載力和支撐點要求都 提出了新模式和新管理工具方式，且在工作的過程中對于其中存在施工 質(zhì)量問題和技術(shù)缺陷都得到了一定的優(yōu)化與處置。在目前的施工項目 中，鑄鋼節(jié)點作為一種新的階段模式，成為空間結(jié)構(gòu)中的核心模式，是以 鑄鋼節(jié)點中所*的索夾節(jié)點、支座點三個部分構(gòu)成的，但是就目前的 工作中，人們對于大跨度的弦支穹頂結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較少，特別是施工技 術(shù)的研究仍然是一片空白，因此對其進行優(yōu)化與總結(jié)十分必要。

一、 弦支穹頂結(jié)構(gòu)概述

1、 弦支穹頂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生背景

建筑與人們生活與社會發(fā)展緊密相連，古人主要是釆用建筑物來抵 御各種自然災(zāi)害的侵襲和外地的入侵，而今天的建筑物，則是以人類的 舒適、依據(jù)作為主要的追求重點，也是在工作中以新穎、個性的工作理念 作為主要的工作基礎(chǔ)。基于此，我們在生活中對于建筑結(jié)構(gòu)的空間追求 提出了新要求，并促進了相關(guān)的工作人員在工作與研究中對于各種新穎 別致、復(fù)雜健全空間的研究，也為大跨度建筑空間和結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生帶來了 必然的基礎(chǔ)依據(jù)。

近年來，建筑行業(yè)隨著社會生產(chǎn)技術(shù)的提高而呈現(xiàn)出蓬勃之勢，其 發(fā)展前景和發(fā)展動力也得到了良好有效的完善。但是在這種社會基礎(chǔ) 上，人們對于公共活動空間的需求量也提出了明確的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以體 育館、展覽廳、歌劇院和工業(yè)廠房為基礎(chǔ)的大型建筑結(jié)構(gòu)空間要求越來 越多，這位人們生活提供一個良好發(fā)展基礎(chǔ)的同時，也給建筑施工跨度 的增加和剛度的上升提供了相關(guān)的理論依據(jù)，這也要求我們在建設(shè)施工 中對于各種屋頂結(jié)構(gòu)理論的研究與總結(jié)。

2、 弦支穹頂結(jié)構(gòu)概述

為了解決上述的種種建筑結(jié)構(gòu)問題，在目前的社會發(fā)展中人們充分 的認(rèn)識了以穹頂結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的建筑施工技術(shù)的*性，也為其發(fā)展與完 善提供了必然的基礎(chǔ)依據(jù)。在目前的弦支穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其主要是將 索穹頂中含有的一些概念以及單層網(wǎng)殼要求系統(tǒng)的融為一體，從而形成 了一種合理、科學(xué)有不失新意的建筑結(jié)構(gòu)模式。弦支穹頂結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對 于發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)頂層優(yōu)勢有著十分有效的作用，同時對于實現(xiàn)更加有效 和經(jīng)濟的大跨度新型建筑結(jié)構(gòu)體系的完善提供了的工作基礎(chǔ)。

二、 實際工程應(yīng)用

工程概述

某工程在施工中是釆用混凝土結(jié)構(gòu)為主要的施工方式和措施，在目 前的施工之中其結(jié)構(gòu)要求逐步完善，在施工中控制手段和要求都是通過 目前*的科學(xué)技術(shù)方法進行管理。在施工中通過上部的屋蓋處理方 式，下部是通過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方式進行完整施工。上部結(jié)構(gòu)是目前建 筑工程施工的重要手段和方式。在工程施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計中，屋蓋釆用新 型弦支穹頂結(jié)構(gòu)是目前主要的鋼結(jié)構(gòu)方式，通過在目前的控制中結(jié)構(gòu)方 式的管理措施和模式。由上部的刖性空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在處理的施工中其完 整的處理模式中能夠形成雜交結(jié)構(gòu)體系，是通過在屋蓋中釆用雙層的網(wǎng) 殼結(jié)構(gòu)進行控制，其在外形的處理之中一般都是通過橢圓形屋面，在應(yīng) 用中水平投影也是橢圓形狀和模式的。在控制的應(yīng)用之中，其在處理中 長軸方向總長165m,短軸方向總長145m,在投影的時候面積控制約為 18800m2_o在目前的網(wǎng)殼處理之中，形成的管理模式，使得在網(wǎng)格點的控 制中能夠結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)材料分析，由于鑄鋼材料在應(yīng)用的時候具有較好的 剛度和完整性，因此在計算中材料控制要求較多，使得其能夠形成一套 統(tǒng)一的體系。

2、 計算模型

根據(jù)鑄鋼索夾節(jié)點實際尺寸，建立節(jié)點空間三維模型作為計算模 型。在建模過程中，雖然環(huán)向索索力較大，但索力方向跟鑄鋼索夾節(jié)點夾 角較小，因此不予考慮；另外鑄鋼節(jié)點下半部分對節(jié)點受力影響較小，因 此建模時也不予考慮；鑄鋼節(jié)點各邊、各相交部位的倒角圓角及耳板問 加勁板建模時忽略。這樣簡化既可保證計算精度又可減小計算工作量。 鑄鋼索夾節(jié)點計算模型，與所分析鑄鋼索夾節(jié)點相連的桿件截面、長度、 鋼號及荷載情況。節(jié)點在目前的應(yīng)用中通過擦用10個節(jié)點作為主要的實 體單元控制手段，并且針對當(dāng)前3個自由度進行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)其完整的 體系要求和措施。在當(dāng)前的建筑工程管理和施工設(shè)計中，對各種節(jié)點在 控制中要釆用自由網(wǎng)絡(luò)劃分，按照實際要求來分配節(jié)點尺寸，確保在設(shè) 計中實體單元能夠及時的滿足目前的社會發(fā)展要求。根據(jù)不利荷載作 用狀態(tài)下受力情況撐桿內(nèi)力和拉索拉力，將荷載分解為、Y、三個分力直 接施加到模型節(jié)點上。在鑄鋼節(jié)點承受撐桿壓力處，通過有限元節(jié)點施 加豎直向下的荷載;拉索荷載施加在耳板銷拴孔受力方向半柱面內(nèi)的各 節(jié)點上。

在不利荷載下按彈性計算分析結(jié)果顯示，節(jié)點絕大部分區(qū)域應(yīng) 力遠(yuǎn)小于材料的屈服強度，處在彈性階段。節(jié)點大應(yīng)力為582.1Mpa,位 于拉索耳板與鑄鋼節(jié)點主體交匯處，且應(yīng)力分布非常不均勻。屈服區(qū)域 僅出現(xiàn)在少數(shù)部位，因此即使出現(xiàn)超過屈服點的極限狀態(tài)，也可以期待 鋼材的塑性使屈服應(yīng)力趨于平緩，避免強度的破壞.

考慮材料非線性的影響，在不利荷載下進行彈塑性分析，結(jié)果 顯示，節(jié)點的應(yīng)力峰值約為355.1MPa,表明在節(jié)點局部進入塑性后，應(yīng)力 進行了重分布，應(yīng)力趨于平緩,上述結(jié)論得到驗證。

在實際采用的鑄鋼索夾節(jié)點在澆鑄過程中，拉索耳板與鑄鋼節(jié)點 主體交匯處做成倒角，連接部位較平緩,不會產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中。

3、 計算結(jié)果分析

綜上彈性和彈塑性計算分析，鑄鋼索夾節(jié)點在不利荷載條件下僅 有極少數(shù)單元應(yīng)力超過材料屈服強度，一方面是屬于局部應(yīng)力集中，另 一方面是由荷載施加方式(直接施加到節(jié)點上)造成的。節(jié)點局部進入塑 性后，應(yīng)力將會進行重分布，另外在鑄造過程中會釆取相應(yīng)措施減緩應(yīng) 力集中，因此鑄鋼節(jié)點部分具有足夠的安全儲備。河北鑄鋼廠生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜鑄鋼節(jié)點

三、結(jié)語

建筑工程節(jié)點設(shè)計中，新型鋼索夾節(jié)點的應(yīng)用在目前工程項目中是具有*風(fēng)格的。在竣工之后，全部預(yù)應(yīng)力張拉,成形后拉索索力和結(jié) 構(gòu)變形測試結(jié)果與理論分析較為吻合。弦支穹頂作為一種新型的空間結(jié) 構(gòu)體系，在我國的應(yīng)用正在鋪開，擬釆用弦支穹頂結(jié)構(gòu)的有眾多的大跨 度建筑結(jié)構(gòu)和體育館。鑄鋼索夾節(jié)點*在大跨弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系中得 到了創(chuàng)新應(yīng)用，并取得了成功，為類似新型空間結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用提供 了有益的參考。