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      新型鑄鋼件接頭的設(shè)計(jì)及在廣州歌劇院幕墻工程中的應(yīng)用

      來源:《幕墻周刊》  作者:*  日期:2014-9-25
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        【摘要】:本文敘述了新型鑄鋼件接頭的設(shè)計(jì)理念、計(jì)算、試驗(yàn)的過程和結(jié)果,以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用,闡述了鑄鋼件接頭的設(shè)計(jì)在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性。并強(qiáng)調(diào)了使用鑄鋼件接頭的節(jié)點(diǎn)連接作為一種全新的幕墻結(jié)構(gòu)連接形式,在以后的建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用空間。
        【關(guān)鍵詞】:鑄鋼件接頭 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 建筑幕墻 應(yīng)用

        1 前言

        廣州歌劇院的主承重結(jié)構(gòu)體系為采用箱形截面構(gòu)件的空間折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(詞條“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供)焊接相貫節(jié)點(diǎn)(詞條“節(jié)點(diǎn)”由行業(yè)大百科提供)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用玻璃石材形成的帷幕體系。玻璃帷幕直接支承在T形截面構(gòu)件組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),而石材部分帷幕下面則采用了主次檁網(wǎng)格支撐的無穿透金屬屋面體系。由于主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)幾何形狀的不規(guī)則性、連接構(gòu)造的復(fù)雜性,給圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)溫度作用分析和連接節(jié)點(diǎn)的受力安全性能提出了更高的要求,有必要進(jìn)行深入的分析和試驗(yàn)研究,發(fā)展和改進(jìn)分析計(jì)算方法,為廣州歌劇院的設(shè)計(jì)和施工可行性、主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性提供可靠依據(jù),同時(shí)也給類似工程項(xiàng)目的分析與設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ),以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂積累技術(shù)儲(chǔ)備。

        廣州歌劇院是廣東省第一座大型的音樂劇場,其外形就像是珠江水沖刷后的鵝卵石,沒有棱角,圓潤而富有光澤。其復(fù)雜的造型在以往的建筑結(jié)構(gòu)中是沒有出現(xiàn)過的,設(shè)計(jì)和施工的難度是空前的。在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下,還要考慮不能改變其外形、影響美觀。因而需要一種的新的連接方法來滿足本工程的需要。

        2 主要條件分析和基本方案的確定

        2.1 施工條件分析及存在的難點(diǎn)

        (1)本工程的單元幕墻是由多個(gè)不規(guī)則的折面組成,每個(gè)折面又分成一個(gè)個(gè)的小三角形板塊,每個(gè)支點(diǎn)的六條橫桿角度不同,造成角度控制困難,施工難度大。

        (2)每個(gè)支點(diǎn)的六條橫桿中心線相交不在一點(diǎn)上,使現(xiàn)場焊接難度增大,焊接質(zhì)量難以控制。

        (3)每個(gè)支點(diǎn)不同,不能夠大批量生產(chǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)若單個(gè)獨(dú)立加工生產(chǎn)則成本過高。

        2.2 基本方案的確定

        從設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場的施工條件等各種因素分析,可基本確定在六條橫桿相交的位置需設(shè)計(jì)一個(gè)連接件

        本工程采用的鑄鋼件連接接頭,不但能滿足設(shè)計(jì)的連接要求,使現(xiàn)場施工方便,提高焊接質(zhì)量,還可以批量生產(chǎn),降低生產(chǎn)成本。

        3 新型鑄鋼件接頭的設(shè)計(jì)

        一般工程中不采用接頭的形式,大多數(shù)都是鋼件直接焊接或者栓接,偶爾會(huì)用到芯套。但本工程考慮到六條桿件相交連接、角度不同且六點(diǎn)不共面等因素的影響,工程中常用的連接方式無法滿足本工程的需求,所以本工程組織專業(yè)人員設(shè)計(jì)新方案,通過比選和試驗(yàn),最終確定使用鑄鋼件接頭。下圖為鑄鋼件接頭的實(shí)物照片。

        3.1 鑄鋼件接頭的計(jì)算分析

        設(shè)計(jì)中選取了“面1”進(jìn)行分析,因“面1”面積最大,而且分布規(guī)律,具有典型的代表性,所以取“面1”的鋼接節(jié)點(diǎn)應(yīng)力對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析,選用有限元分析軟件進(jìn)行分析。

        (1)“面1”應(yīng)力分析,取風(fēng)荷載為1.7kN/m2,找出最大應(yīng)力連接節(jié)點(diǎn):

       
      \

        上圖為應(yīng)力最大的剛接節(jié)點(diǎn),圖中節(jié)點(diǎn)523與2145、3278與519、2831與515、3148與535、531與2015、527與2482六對節(jié)點(diǎn)之間相互耦合六個(gè)自由度,使其可以查到桿端反力。

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