天津国家会展中心展厅屋盖结构设计分析

天津国家家会展中中心展厅厅屋盖结结构设计计分析天津国家家会展中中心复杂杂连接节节点分析析研究汇报人：：张强2014.11.1项目简介介结构体系系结构分析析条件结构分析析节点分析析结论1.项目简介介天津国家家会展中中心建于于海河中中游，项项目北临临海河，，南至连连接市区区和滨海海新区的的天津大大道。会会展一期期工程的的展会区区钢结构构面积达达到34万平方米米，主要要包括了了16个大型展展厅、1个中央入入口大厅厅及贯通通会展中中心的交交通廊1.项目简介介1.项目简介介屋盖结构构平面尺尺寸为186.36mX159.7m每个展厅厅可提供供超过1万平米的的超大展展览面积积，地面面荷载可可达5-8吨，能够够满足超超重超大大重型展展品的展展示要求求。2.结构体系系展厅屋盖盖结构采采用九榀榀四弦凹凹型桁架架大跨钢钢结构，，每榀桁桁架跨度度布置均均为“悬悬挑6m+84m+6m+84m+悬挑6m”，屋面结结构高度度23.28m。2.结构体系系桁架上下弦采采用直径径600mm圆管截截面；；弦杆杆间采采用间间距6米布置置的凹凹型梁梁进行行横向向连接接，凹凹型梁梁采用用焊接接H型变截截面，，翼缘缘宽360mm、下部部高1400mm、上部部高600mm。各榀桁架架间距距18米，采采用屋屋面梁梁相连连接，，并布布置屋屋面交交叉拉拉杆以以加强强结构构整体体性。。2.结构体体系桁架支支撑柱柱采用用人字字形柱柱，人人字形形柱两两柱肢肢为650mmX900mm~1400mmX900mm薄壁箱箱形变变截面面。人字形柱柱为桁桁架提提供较较强的的垂直直桁架架方向向刚度度，顺顺桁架架方向向支撑撑结构构为4排人字字柱。。根据据计算算，人人字柱柱在顺顺桁架架方向向均应应为刚刚性连连接柱柱脚，，同时时在跨跨中2柱布置置不落落地的的交叉叉撑才才能保保证结结构刚刚度。。2.结构体体系由于建筑效效果需需要，，人字字形柱柱柱肢肢需做做出铰铰轴效效果，，因此此柱脚脚采用用面内内铰接接面外外刚接接的连连接形式。。柱顶与其其上部部凹型型桁架架的连连接也也有建建筑效效果要要求，，设计计中采采用了如图图所示的节节点连连接形形式。。3.结构分分析条条件本工程程设计计使用用年限限为50年，安安全等等级为为一级级。屋屋面为为轻质质屋面面做法法，恒恒载取取值1.0kN/m2；活荷载载按不不上人人屋面面取值值0.5kN/m²；考虑虑室内内附加加吊挂挂荷载载0.5kN/m²；风荷荷载按按100年重现现期取取基本本风压压0.6kN/m²，同时时还考考虑了了屋面面风机机自重重、温温度作作用±30℃和地震震作用7度0.15g。在进行行地震震作用用计算算时，，考虑虑规范范反应应谱，，同时时采用用该项项目安安评报报告的的反应应谱，，并按按照天天津当当地常常规做做法根根据覆覆盖土土层厚厚度与与剪切切波速速对特特征周周期进进行取取值。。考虑虑到建建筑的的重要要性，，建筑筑抗震震设防防类别别调整整为乙乙类，，所有有构件件在多多遇地地震下下均保保持弹弹性受受力状状态，，设防防地震震下重重要构构件按按中震震不屈屈服进进行设设计。。4.结构分分析——动力特特性第1阶（X向平动动，周周期1.25s）第2阶（扭扭转，，周期期1.02s）第3阶（竖竖向振振动周周期0.81s）4.结构分分析——凹形桁桁架斜斜腹杆杆稳定定分析析上下翼缘宽宽度均为360mm，截面高度度为变量。。斜腹杆上上部截面高高800mm，下部截面面高1200mm，腹板厚12mm，翼缘厚16mm。由于腹板板较薄，设设计中在斜斜腹杆中设设计了纵向向加劲肋，，以保证腹腹板的稳定定性。4.结构分析——凹形桁架斜斜腹杆稳定定分析不设置加劲劲肋时的屈屈曲分析设置加劲肋肋后的屈曲曲分析4.结构分析——凹形桁架斜斜腹杆稳定定分析极限荷载下下的变形图图（mm）极限荷载下下的应力图图（MPa）V形桁架斜腹腹杆在设计计荷载下的的双非线性性分析4.结构分析——整体模型中中对复杂节节点的特殊殊考虑根据建筑要要求，，两两柱肢顶部部采用一块块顶板相连连，桁架下下弦杆穿过过凹型梁腹腹板，凹型型梁采用纵纵横向加劲劲板及局部部加劲板，，柱顶与凹凹型梁间采采用纵横向向钢板组成成的箱形截截面相连接接。凹型梁梁下部为薄薄壁H型截面，高高1400mm，宽360mm，面外刚度度及抗扭刚刚度较弱，，可初步判判断该节点点为半刚性性连接。若仅采用普普通梁单元元进行模拟拟，节点刚刚度由梁单单元的抗扭扭提供，由由于H型钢抗扭刚刚度很小，，该处连接接刚度接近近铰接；若采用刚性性单元，则则节点的受受力与柱、、桁架弦杆杆刚接，连连接刚度偏偏大。4.结构分析——整体模型中中对复杂节节点的特殊殊考虑结构整体模模型中进行行了实际的的建模，以以反映该节节点的实际际刚度，本本文将该方方法称为““节点原位位实体法””。4.结构分析——整体模型中中对复杂节节点的特殊殊考虑4.结构分析——整体模型中中对复杂节节点的特殊殊考虑选择节点区区附近及跨跨中的点进进行内力、、变形的比比较。得到到如下结论论：（1）三种方法法对节点区区的模拟对对结构整体体效应影响响较小，如如周期、变变形；（2）三种方法法对节点区区的模拟对对离节点较较远位置处处的构件计计算结果影影响较小，，如图12中点B、D、F、G；（3）三种方法法对节点区区的模拟对对节点附近近的局部构构件计算结结果影响较较大，如点点C、E处的轴力与与弯矩，直直接影响到到了该区域域的构件应应力状态；；（4）综合分析析看来，该该节点连接接为半刚性性连接，但但采用普通通梁单元方方法进行模模拟的整体体计算结果果与采用节节点原位实实体法的计计算结果更更为接近，，但节点区区计算分析析应采用节节点原位实实体法的分分析结果。。5.节点分析——A类人字柱柱柱顶节点5.节点分析——A类人字柱柱柱顶节点5.节点分析——A类人字柱柱柱顶节点在1.0倍设计荷载载下，板件件最大应力力约220Mpa。为研究节点点的极限承承载力，对对节点进行行了1.6倍设计荷载载（约2倍标准荷载载）下的节节点分析。。分析表明明节点在1.6倍设计荷载载下，节点区区局部进入塑塑性，但节节点仍保持持了较好的的承载能力力，节点承承载能力冗冗余度较高高。最大应应力点位于于凹型梁腹腹板与下弦弦杆相接处处。5.节点分析——A类人字柱柱柱顶节点ANSYS分析结果与与SAP2000中节点原位位实体法的的对比。5.节点分析——B类人字柱柱柱顶节点5.节点分析——B类人字柱柱柱顶节点5.节点分析——A类人字柱柱柱脚铰轴节节点直径450mm铰轴采用铸铸钢材料G20Mn5QT直径160mm销轴采用40Cr材料其它板件为为Q345B钢材。最不利工况况下的节点点受力为：：轴力4093kN，面外弯矩矩1457kN.m。5.节点分析——A类人字柱柱柱脚铰轴节节点节点整体受受力良好销轴最大局局部应力202MPa5.节点分析——A类人字柱柱柱脚铰轴节节点1倍设计荷载载下，铸钢孔壁受受局部压力力，部分材材料进行塑塑性。3倍设计荷载载作用下，，铸钢铰轴轴边缘及支支座外侧板板件有较大大区域进入入塑性，但但节点仍具具有一定的的承载能力力。1倍设计荷载下的应力分布3倍设计荷载下的应力分布5.节点分析——中央入口大大厅节点中央入口大大厅是十字字型钢柱支支撑的大跨跨树状钢结结构，由32个树树状状结结构构形形成成，，屋屋面面总总平平面面尺尺寸寸141.3mX285.3m。树树状状结结构构高高32.8m，顶顶面面边边长长约约30m，柱柱距距36m、39m。树状状柱柱单单元元采采用用各各种种斜斜撑撑形形成成了了稳稳定定的的结结构构体体系系，，整整个个树树状状柱柱的的薄薄弱弱环环节节出出现现在在柱柱顶顶与与树树冠冠连连接接处处，，有有必必要要对对该该连连接接位位置置进进行行有有限限元元分分析析，，以以保保证证其其安安全全性性。。5.节点点分分析析———中央央入入口口大大厅厅节节点点15.节点点分分析析———中央央入入口口大大厅厅节节点点11倍设设计计荷载载下下的的应力力分分布布图图节点点最最大大应应力力为为215.7MPa，最最大大内内力力出出现现在在下下部部分分叉叉与与树树状状十十字字柱柱的的交交汇汇处处。。1.0倍节节点点控控制制内内力力作作用用于于节节点点时时，，节节点点全全部部处处于于弹弹性性工工作作状状态态。。5.节点点分分析析———中央央入入口口大大厅厅节节点点11.6倍设设计计荷载载下下的的应力力分分布布图图在1.6倍节节点点控控制制内内力力作作用用下下，，节节点点最最大大应应力力为为321.864MPa，位位于于分分支支下下部部翼翼缘缘与与十十字字柱柱壁壁板板的的交交线线位位置置。。在在1.6倍节节点点控控制制内内力力作作用用于于下下，，节节点点区区仍仍完完全全处处于于弹弹性性工工作作状状态态。。5.节点点分分析析———中央央入入口口大大厅厅节节点点11.0倍设设计计荷载载下下的的应力力分分布布图图节点点最最大大应应力力为为298MPa，最最大大应应力力出出现现在在下下部部分分叉叉与与上上部部角角分分杈杈的的交交汇汇处处，，最最大大应应力力出出现现于于局局部部应应力力集集中中区区域域。。1倍节节点点控控制制内内力力作作用用于于节节点点时时，，节节点点全全部部处处于于弹弹性性工工作作状状态态。。5.节点点分分析析———中央央入入口口大大厅厅节节点点11.6倍设设计计荷载载下下的的应力力分分布布图图1.6倍设设计计荷荷载载下下，，节节点点最最大大应应力力350MPa，最最大大应应力力位位置置与与1.0倍荷荷载载时时的的应应力力集集中中点点位位置置相相同同，，在在该该节节点点的的其其余余位位置置受受力力均均处处于于弹弹性性状状态态。。5.结论论为节约约造造价价，，结结构构设设计计中中大大量量采采用用了了宽宽厚厚比比较较大大的的薄薄壁壁截截面面。。该该项项目目中中