南通植物园温室结构设计.pdf

第 nullnull 卷 第 nullnull 期 nullnullnullnull 年 nullnull 月上 建 筑 结 构 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 第一作者 石维 硕士 高级工程师 一级注册结构工程师 主要从事结构设计工作 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 南通植物园温室结构设计 石 维 null 袁盛林 null 刘 燕 null null 中机中联工程有限公司上海分公司 上海 nullnullnullnullnullnull null 江苏筑森建筑设计有限公司上海分公司 上海 nullnullnullnullnullnull null 上海山内钢结构设计有限公司 上海 nullnullnullnullnullnull 摘要 南通植物园温室整体建筑造型优雅 轻盈 结构体系为扭转空间刚架结构 通过采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 软件对 扭转空间刚架结构进行整体空间分析 并对屋面复杂关键节点进行细致有限元分析 给节点设计提供分析数据依 据 因建筑造型需要 刚架纵向无法设置交叉支撑 将屋面幕墙系统设计为结构纵向传力体系 为刚架提供纵向刚 度 同时使得结构具有更好的抗震性能 多榀刚架因杆件尺寸各不相同 同时空间角度扭转 施工吊装存在一定的 风险 通过施工工况验算 给出吊装时注意事项 对现场刚架吊装工况提出指导性意见 保证工程顺利安装完成 关键词 南通植物园 空间扭转 钢结构 复杂关键节点 施工吊装 中图分类号 nullnullnullnullnull 文献标志码 null 文章编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 引用本文 石维 袁盛林 刘燕 null 南通植物园温室结构设计 null null 建筑结构 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnull null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull null 工程概况 南通植物园 含盆景园 位于江苏省南通市狼 山风景区内 总占地面积约 null nullnullnull nullnullnullnull null 其中温室 位于园区东北角 占地面积约为 nullnullnullnullnull null 温室建筑 主要功能是植物培育及市民日常参观学习 室内根 据植物特性分为热带雨林区 棕榈区 四季花园区 热带果树区 专类植物区 建筑实景图见图 null 温室结构设计主要参数 nullnullnull 年重现期风压 nullnull nullnullnullnullnull null nullnullnull 年重现期基本雪压 nullnull nullnullnullnullnull null 均匀 温度作用标准值为升 降温 nullnullnull 抗震设防烈度 null 度 设计基本地震加速度 nullnull nullnullg 设计地震分组第二 图 null 建筑实景图 组 建筑场地类别 null类 场地特征周期 nullnull nullnullnull nullnullnull null 结构设计 结构主体为空间刚架结构 长 nullnullnull 宽 nullnullnull nullnull 建 筑 结 构 nullnullnullnull 年 长度方向为 nullnull 榀等距不等倾角的刚架结构 刚架构 件截面为箱形 截面尺寸为 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 为受力体 系简单明确 将 nullnull 榀刚架作为主要竖向受力构件 采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 对结构进行整体计算分析 整体计 算模型如图 null 所示 结构平面布置图 立面图分别 如图 null null 所示 图 null 整体计算模型 由于室内效果要求 结构山墙端部无法设置抗风 构件 同时结构纵向亦无法设置纵向交叉支撑 通过 分析建筑造型发现 建筑形体上的扭转形成屋面结 构 沿纵向延展成为墙面结构 由此将结构纵向抗侧 刚度设计为由屋面幕墙构件提供 即将幕墙构件按照 结构件进行整体分析计算 结构主钢框架及屋面 抗侧力构件如图 null 所示 图中绿色及灰色构件为屋面 抗侧力构件 截面为 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 图 null 结构平面布置图 图 null 结构立面图 图 null 结构主钢框架及屋面抗侧力构件 图 null 模型 null null 的对比分析模型 null 结构分析 nullnull null 结构位移分析 结构自振周期见表 null 由表可得 扭转周期与 第一平动周期比值为 nullnull nullnull 大于规范限值 nullnull null 属于 扭转不规则结构 null 表 null 结构自振周期 振型 类型 方向 自振周期 nullnull 第一振型 平动 Y 向 nullnull nullnull 第二振型 扭转 nullnull nullnull 第三振型 竖向 Z 向 nullnull nullnull 第四振型 平动 X 向 nullnull nullnull 扭转周期 null第一平动周期 nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 为验证屋面幕墙系统是否可以作为结构的主 要纵向抗侧构件 并为结构提供有效的纵向刚度 从而降低结构纵向位移 分别建立无屋面幕墙构件 的模型 null 及有屋面幕墙构件的模型 null 见图 null 分别 计算其水平位移 见表 null 由表 null 可得 在正常使用 荷载工况下 模型 null 水平位移最大为 nullnullnull nullnullnull 当 增加了屋面抗侧力构件 模型 null 水平位移最大为 nullnullnull nullnullnull 相比模型 null 降低了 nullnullnull nullnull 可以看出屋面 抗侧力构件能为结构提供有效抗侧刚度 结构整 体位移在可控范围内 同时也在规范允许范围内 表明结构整体刚度较好 表 null 两种结构模型在各工况下的水平位移 正常使用荷载工况 水平位移 nullnullnull 模型 null 模型 null 下降比例 nullnull 恒载 nullX 向风载 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒载 nullY 向风载 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒载 nullnullnull null 活载 nullX 向地震作用 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒载 nullnullnull null 活载 nullY 向地震作用 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null nullnull null 构件应力与变形分析 主体结构构件的应力水平不仅决定了结构整体 的受力情况 同时也表明结构冗余程度 包络工况下 主要构件应力比见图 null 由图可得 各主要构件的应 力比不超过 nullnull nullnull 大部分构件均处于 nullnull nullnull 以下 表明 结构整体受力均匀 同时具有较好的安全储备 在 Y 向风荷载作用下 因刚架面外弯矩过大 刚架柱最大应力比为 nullnull nullnull 位于高度不超过 nullnull 的 位置 见图 null 刚架梁最大应力比为 nullnull nullnull 位于靠近 边跨跨度超过 nullnullnull 的刚架横梁位置 见图 null 结构件的整体应力都维持在一个较低的水 平 表明构件都具有较好的强度储备 由于结构跨 度 nullnullnull nullnull 属于大跨度结构 因此正常使用状态下的 构件变形也是结构分析重点 恒载 null 活载工况下的 nullnull 第 nullnull 卷 第 nullnull 期 石 维 等 null 南通植物园温室结构设计 图 null 包络工况下主要构件应力比 图 null Y 向风荷载作用下的刚架柱应力比分布 图 null Y 向风荷载作用下的刚架梁应力比分布 构件竖向位移见图 nullnull 由图可得 构件最大位移约 为 nullnullnull nullnullnull 小于规范限值 nullnullnull nullnullnull nullnullnull 虽然位移 值满足规范限值 但绝对位移量较大会影响屋顶幕 墙结构 增大后期幕墙安装后破损的风险 因此为 降低屋面构件绝对位移量 设计中要求钢结构在进 行加工时进行预起拱 起拱值选择 nullnull null 恒载 nullnullnull null 活 载工况下构件位移绝对值 根据各轴线刚架分别 计算起拱建议值 见表 null 图 nullnull 恒载 null 活载工况下构件竖向位移值 nullnullnull 表 null 刚架起拱建议值 序号 轴号 梁跨度 nullnullnull 建议起拱值 nullnullnull 起拱相对值 null null 轴 null轴 null null 轴 null轴 null null 轴 null轴 null null null null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull null null null null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull null null null null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull null null null null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull null null null null nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnull null nullnullnull nullnullnull null null null nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnull null null null nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull null nullnullnull nullnullnull null null null nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull null nullnull nullnull null nullnullnull nullnullnull null null nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull null nullnull nullnull null nullnullnull nullnullnull null 结构设计重点及难点 根据结构体系特点及建筑空间造型的特殊性 结构受力机理 屋面节点及施工阶段构件吊装验算 是本项目需要重点研究分析的内容 因此针对这 几方面进行了更为详尽的结构分析 为结构设计提 供更为可靠的依据 nullnull null 结构受力机理 结构整体逐步扭转 构件会从柱向梁逐步过 渡 基础柱脚编号如图 nullnull 所示 梁的计算跨度越靠 近两端山墙越大 因此刚架受力呈现两端大 中部 小的趋势 分析所得柱脚弯矩见表 null 从表可得 柱 脚弯矩基本呈反对称分布 即 null 号柱脚与对角 nullnull 号 柱脚受力情况基本一致 柱脚弯矩整体从中间榀向 端跨逐步减小 图 nullnull 柱脚编号图 表 null 柱脚弯矩 null nullnull null 柱脚 编号 南侧柱脚 M null M null 柱脚 编号 北侧柱脚 M null M null null nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull null null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull null nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnull null 屋面节点分析 本项目建筑造型复杂 需要将屋面幕墙结构 作为整体结构建入模型中分析 并考虑其对结构 纵向刚度贡献 由于屋面构件较多 导致构件交 接节点复杂 出现了 null 根杆件汇交于一点的情况 如图 nullnull 所示 此节点存在如下问题 null 斜向杆件 相交处螺栓无法安装 null 杆件在空间会形成不对 正情况 影响美感 null 屋面幕墙无法对正安装 幕 墙施工困难 nullnull 建 筑 结 构 nullnullnullnull 年 图 nullnull null 根杆件交汇节点 图 nullnull 优化设计后的节点 图 nullnull 实体有限元模型 图 nullnull 节点应力 分布 nullnullnullnull 图 nullnull 节点圆钢管应力 分布 nullnullnullnull 图 nullnull 节点圆钢管上下 封板应力分布 nullnullnullnull 图 nullnull 节点整体 实景图 为解决上述问题 对该节点做如下优化设 计 null 增加斜向杆连接处的环形杆件 减少施工困 难 null 增加环形杆件后 调整斜向方向为同一方向 null 该节点横向为屋面主梁方向 与环形杆件采用刚 接连接 其余斜向杆件与环形杆件均为铰接连接 优化设计后的节点 图 nullnull 圆钢管尺寸为 nullnullnullnull null nullnull 内部加肋板厚 nullnullnullnull 两端内加劲板厚 nullnullnullnull 与 水平向钢梁刚接 其他 null 根钢梁与圆钢管外侧焊接的 nullnullnullnull 厚连接板铰接 该节点作为屋面抗侧力体系的关键连接节点 既要承受屋面的恒载 活载 风载 雪载 还要承受 水平力作用下刚架传递来的纵向推力 所以该节点 安全性关系到整个屋面结构的受力可靠 为了保 证节点的安全性 采用 nullnullnullnullnullnull 对屋面连接节点进 行实