鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)在弦支穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)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(gè)整體，并通過(guò)給下弦整體張拉結(jié)構(gòu)空間形成一個(gè)環(huán)向的索、徑向來(lái)施加一個(gè)合理的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(qiáng)度以及整體性強(qiáng)度，使得其在工作中能夠真正的做到剛?cè)岵?jì)的工作要求和工作模式。一般而言，弦支穹頂結(jié)構(gòu)中 釆用鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力對(duì)于提高整體強(qiáng)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(diǎn)

關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承載力節(jié)點(diǎn)

目前社會(huì)發(fā)展中，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(shí)，并且在工作中對(duì)于工程的承載力和支撐點(diǎn)要求都 提出了新模式和新管理工具方式，且在工作的過(guò)程中對(duì)于其中存在施工 質(zhì)量問(wèn)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(xiàng)目 中，鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(diǎn)中所*的索夾節(jié)點(diǎn)、支座點(diǎn)三個(gè)部分構(gòu)成的，但是就目前的 工作中，人們對(duì)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(duì)其進(jìn)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(huì)發(fā)展緊密相連，古人主要是釆用建筑物來(lái)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(diǎn)，也是在工作中以新穎、個(gè)性的工作理念 作為主要的工作基礎(chǔ)。基于此，我們?cè)谏钪袑?duì)于建筑結(jié)構(gòu)的空間追求 提出了新要求，并促進(jìn)了相關(guān)的工作人員在工作與研究中對(duì)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(lái)了 必然的基礎(chǔ)依據(jù)。

近年來(lái)，建筑行業(yè)隨著社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)的提高而呈現(xiàn)出蓬勃之勢(shì)，其 發(fā)展前景和發(fā)展動(dòng)力也得到了良好有效的完善。但是在這種社會(huì)基礎(chǔ) 上，人們對(duì)于公共活動(dòng)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(lái) 越多，這位人們生活提供一個(gè)良好發(fā)展基礎(chǔ)的同時(shí)，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?cè)诮ㄔO(shè)施工 中對(duì)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(wèn)題，在目前的社會(huì)發(fā)展中人們充分 的認(rèn)識(shí)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(jì)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(duì) 于發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)頂層優(yōu)勢(shì)有著十分有效的作用，同時(shí)對(duì)于實(shí)現(xiàn)更加有效 和經(jīng)濟(jì)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(shí)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(guò) 目前*的科學(xué)技術(shù)方法進(jìn)行管理。在施工中通過(guò)上部的屋蓋處理方 式，下部是通過(guò)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方式進(jìn)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(jì)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(guò)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(guò)在屋蓋中釆用雙層的網(wǎng) 殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，其在外形的處理之中一般都是通過(guò)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(zhǎng)軸方向總長(zhǎng)165m,短軸方向總長(zhǎng)145m,在投影的時(shí)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(diǎn)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(shí)候具有較好的 剛度和完整性，因此在計(jì)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(jì)算模型

根據(jù)鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)實(shí)際尺寸，建立節(jié)點(diǎn)空間三維模型作為計(jì)算模 型。在建模過(guò)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(diǎn)夾 角較小，因此不予考慮；另外鑄鋼節(jié)點(diǎn)下半部分對(duì)節(jié)點(diǎn)受力影響較小，因 此建模時(shí)也不予考慮；鑄鋼節(jié)點(diǎn)各邊、各相交部位的倒角圓角及耳板問(wèn) 加勁板建模時(shí)忽略。這樣簡(jiǎn)化既可保證計(jì)算精度又可減小計(jì)算工作量。 鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型，與所分析鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)相連的桿件截面、長(zhǎng)度、 鋼號(hào)及荷載情況。節(jié)點(diǎn)在目前的應(yīng)用中通過(guò)擦用10個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主要的實(shí) 體單元控制手段，并且針對(duì)當(dāng)前3個(gè)自由度進(jìn)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(jì)中，對(duì)各種節(jié)點(diǎn)在 控制中要釆用自由網(wǎng)絡(luò)劃分，按照實(shí)際要求來(lái)分配節(jié)點(diǎn)尺寸，確保在設(shè) 計(jì)中實(shí)體單元能夠及時(shí)的滿足目前的社會(huì)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(gè)分力直 接施加到模型節(jié)點(diǎn)上。在鑄鋼節(jié)點(diǎn)承受撐桿壓力處，通過(guò)有限元節(jié)點(diǎn)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(diǎn)上。

在不利荷載下按彈性計(jì)算分析結(jié)果顯示，節(jié)點(diǎn)絕大部分區(qū)域應(yīng) 力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，處在彈性階段。節(jié)點(diǎn)大應(yīng)力為582.1Mpa,位 于拉索耳板與鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(guò)屈服點(diǎn)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(qiáng)度的破壞.

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

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

3、 計(jì)算結(jié)果分析

綜上彈性和彈塑性計(jì)算分析，鑄鋼索夾節(jié)點(diǎn)在不利荷載條件下僅 有極少數(shù)單元應(yīng)力超過(guò)材料屈服強(qiáng)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(diǎn)上)造成的。節(jié)點(diǎn)局部進(jìn)入塑 性后，應(yīng)力將會(huì)進(jìn)行重分布，另外在鑄造過(guò)程中會(huì)釆取相應(yīng)措施減緩應(yīng) 力集中，因此鑄鋼節(jié)點(diǎn)部分具有足夠的安全儲(chǔ)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(diǎn)

三、結(jié)語(yǔ)

建筑工程節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，新型鋼索夾節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用在目前工程項(xiàng)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(cè)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(guó)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(diǎn)*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。