重庆国际博览中心空间K型相贯节点变截面做法和受力性能研究.doc

重庆国际博览中心空间K型相贯节点变截面做法和受力性能研究摘要:通过将空间三角桁架相贯节点弦杆处圆管加大管径，解决了二次相贯导致的焊缝过长截面削弱问题，消除传统做法中将支管偏心导致的偏心弯矩问题。采用MIDAS FEA有限元分析软件对变截面相贯节点进行了有限元静力分析，得出分析结果，并提出了类似工程的建议做法。 关键词:桁架 K型相贯节点 变截面 静力分析 0 前言 随着钢结构技术的发展，空间大跨结构已成为主要的结构形式之一。钢管结构的优点是外形美观、加工方便，对称截面形式使得截面惯性矩对各轴相同，有利于单一杆件的稳定性设计，截面的闭合提高了抗扭刚度，是空间大跨结构优先选择的基本结构形式之一。 相贯节点是目前钢管结构中较好的节点形式，节点处主管贯通，支管经过相贯线加工后，直接焊接于主管外壁。支管在节点位置可能存在部分重叠的情况，搭接管会在重叠部分产生界面削弱，对节点直至结构产生不利影响，通过支管偏心可解决部分重叠情况。钢结构设计规范GB50017-2003 [1]中对偏心距有明确要求，偏心超出10.5要求时必须考虑偏心弯矩的影响，但在进行结构计算时并未考虑偏心弯矩的影响。本文以重庆国际博览中心钢结构屋盖倒三角桁架节点分析为背景，在不满足偏心距要求时将加强桁架上的相贯节点处弦杆管径加大，对修改后的相关节点进行有限元分析，获得了一些对工程设计有用的结论，其经验可供类似工程参考。 1 工程概况 重庆国际博览中心项目位于重庆市渝北区悦来镇阳光社，规划区平面上呈带状，北东-南西向展布，外形为一展翅欲飞的蝴蝶，东西宽约800m，南北长约1500m，总占地约1.30k㎡。设计地坪标高240-270m，总建筑面积约为60万平方米。主体屋顶结构采用立体管桁架，支承于下部混凝土结构，单榀立体桁架间距为18m，跨度为70.2m，大部分展厅跨中结构高度为6.4m，支座附近5m。 2 理论基础 钢结构设计规范[1]中（10.1.4）规定：若相贯节点中支管与主管连接节点偏心不超过式(1)限制时，在计算节点和受拉主管承载力时，可忽略因偏心引起的弯矩的影响，但受压主管必须考虑此偏心弯矩M=△N×e （△N为节点两侧主管轴力之差值）的影响。 -0.55≤e/h（或e/d）≤0.25 (1) e—偏心距；d—圆主管外径；h—连接平面内的主管截面高度. 本例中主管为桁架受压上弦，如不做偏心处理，腹杆之间相贯焊缝过长将导致截面削弱过大；做偏心处理要按照规范考虑偏心弯矩影响，计算量过大。因此在实际工程中采取将节点区弦杆截面放大的做法，即可以保证不做偏心处理，又可以解决腹杆间相贯焊缝过长带来的问题，如图2所示。 支管与主管相贯焊缝焊缝等级根据《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002[2]中（4.3.6）条的要求确定。弦杆本体坡口施焊的焊缝，型式根据钢管壁厚和施工条件按国家现行标准《手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》GB985-88[3]和《埋弧焊焊接接头的基本形式与尺寸》GB986-88[4]的要求选用。用连续焊缝密闭钢管，使内外空气隔绝，确保组装、安装过程中构件内不会积水。节点的隐蔽焊缝，在深化设计和拼装时考虑合理的拼接次序，使隐蔽焊缝满足焊缝等级要求。焊接顺序的选择考虑焊接变形的因素，尽量采用对称焊，对收缩量大的部位先焊，使焊接变形及收缩量减小。 3 数值模拟 结构分析软件为MIDAS Gen 730b，计算模型中上下弦杆为贯通，腹杆与弦杆采用相贯焊接，腹杆及弦杆均为桁架单元，即两端铰接。 取SE1馆中间榀倒三角桁架腹杆与上弦杆空间K型相贯节点进行分析。采用有限元分析软件MIDAS FEA 3.0.0建立节点三维有限元实体单元模型，节点区弦杆边界条件均为铰接形式，腹杆内力取自计算模型。模型中腹杆及弦腹杆4、5、6焊接于节点外壁。在相贯节点及变截面处在弦杆内部焊接厚度同弦杆壁厚的加劲板，以增加节点整体承载能力。 根据钢结构设计规范[1]10.1.2要求：方钢管或矩形管的最大外缘尺寸与壁厚之比不应超过 ，其中 ，因此节点区变管径及椎管处壁厚仍等同于弦杆，取25mm。 钢结构设计规范[1]10.3.3条中受压支管在管节点处的承载力设计值 应按下式计算： --受压支管轴线与主管轴线之夹角; --参数，按下式计算： a--两支管间的间隙；当a0时，取a=0。 受拉支管在管节点处的承载力设计值 应按下式计算： (4) --受拉支管轴线与主管轴线之夹角。 按上式计算得到的结果与实际内力进行比较，均满足受力要求，按节点实际内力进行数值模拟计算，节点信息如表1： 数值模拟结果显示，对于桁架变截面处K型相贯节点，最大应力201.83N/mm2 出现在腹杆4与弦杆1相贯处（钢管壁厚16mm，