温州世贸中心大厦C座钢结构构造设计

 

摘 要 引见一瞳细长、T-规定、构件及材料品种多、连接类型多且简单的全钢结构高层建筑的构造做法，对钢板Z向功能的请求、铸钢件的构造设计及技术请求，可供相似L-程设计参考

 

1、工程简介温州世贸中心大厦C座为全钢结构，立体外形为长202 n1，宽0～41 m 的梭形(图1)，地上13层，高51．4～62．2 m，因为运用性能及建筑造型的需求，本工程结申句方式简单，采用的钢材品种多、构件类型多、节点方式多。构造设计既要满意结构受力的请求，还要满意工场制造、运载及现场施工的请求。． 警 臻壤{ 暴 叠 瓣由于本工程的简单性，对丁简单、主要的节点用有限元办法运作实践分析，并对三种典型框架节点做了抗震实验。

 

2、连接节点的构造设计

2．1 圆柱与框架梁的连接

2．1．1 中问层圆柱Lj框架梁的连接钢框架柱的施工单元采用带外环板的悬臂梁段的柱贯穿型单元，两层为一个 元，柱高8．4 m，柱工地接头设于主梁顶面以上1．0 m处。梁的施工单元为每跨一根。带外环板的悬臂段与框架梁相连，上、F翼缘采用全熔透工地铆接，腹板采用10．9级高强度螺栓冲突型连接(图2)。为了防止应力集合，采用图2a所示无折点平滑过渡的弧形环板。为外环板拼接处外环翼饭缘厚l{度l最同厚相者连 梁II tl ^ Il t1 、’ 逐个12啄自U劲板a一节点立体；b一柱单兀图2 两头层圆钢柱与梁连接节点预防弧形环板受压力时屈曲，在上、下环板之问设加劲板，采用角焊缝铆接。环板与柱之问在工场采用全熔透等强铆接，腹板与柱采用双面贴角焊。假如外环板采用无拼接全体下料，则钢材糜费较大，为了*本I：程失去了黄宗瑜传授级高工的指点．特此致谢。加入本工程的还彳f杨曦、唐思民、朴拥军优属、王立维等。第?作暂：何建波男1961年7月死亡中国一级注册结构师收稿日期：2004—05—30Steel Construction．2004(6)，Vo1．19，No．75 1 m高层钢结构缩小因钢材下料形成的糜费，设计上答应外环板拼接，拼接地位在应力值较小的45。处，但请求错开加劲肋地位，以防止焊缝堆叠，外环板拼接焊缝采用全熔透等强铆接。钢构件在工场铆接成施工单元，在工地现场与梁拼装。因为运载的制约，悬臂段长短与柱直径总长掌握在2．4 ITI以内。

 

2．1．2 顶层圆柱与框架梁的连接顶层圆柱与框架梁的连接在构造上有别于两头各层(图3)，若顶层仍采用中问各层的构造，在柱顶需设置封头隔板(图3b)，这种连接方式在铆接和受力时简单发生柱壁钢板层状撕裂原因。在节点设计三一 外环板薄厚 丰H连梁冀缘中最厚者Il Il 、 一12厚加劲板中，节点的构造应防止采用束缚度大和易发生层状撕裂的连接方式。有两种构造计划可取舍：1)在图3b的基础上将圆柱端头伸出接头焊缝区，伸出长短不小于柱管壁薄厚(图3c)；2)将上环板下料成不开洞的整板与柱相连(图3d)。两种构造方式中计划1能好转、计划2能预防铆接时柱壁钢板的层状撕裂。本工程屋面大全体为无钢筋混凝土楼板的玻璃采光屋面，建筑请求屋面结构平坦，无凸出结构部件，因而计划1使不得满意建筑请求。本工程采用计划2，即上环板全体下料，可防止层状撕裂的原因涌现，并缩小了一圈焊缝，有余之处是钢板下料糜费较大。封头隔板 封头隔板一 l一1240(J，a ba 节点立体；b一不应采用的连接；c一可采用的连接；d图3 顶层圆钢柱与梁连接节点

 

2．2 中部转换桁架与柱的连接

 

2．2．1 节点处构造中部转换桁架上、上弦杆采用箱形截面，尺码为800 mm X 800 mm，壁厚50 mm。腹杆采用 10、壁厚36 ITtrlq．的钢管。因为建筑请求，腹杆与弦杆连接时转换成十字板连接。支承桁架的框架柱采用形截面，在与弦、腹杆连接的部位柱截面变为口外形。中部转换桁架是该工程最主要的受力构件之一， 除思忖桁架本身满意各种工况的受力及变形请求外，桁架与柱的连接构造便变化设计的重点，构造上要保证连接处受力牢靠、传力明白、铆接结实、易于安装。桁架与柱的连接焊缝若设置在柱边，则焊缝将坐落受力最大处，况且现场拼接焊时其各构件已在于束缚形态，桁架下弦上翼板采用图4b所示连接形式在铆接时易涌现柱翼板(板厚50 ram)的层状撕裂，采用图4c所示连接形式则焊缝与柱截面焊缝具有全体沉积原因。本工程采取桁架上、上弦杆连接面外移至距柱边600 mm处铆接(图4d)，将节点本工程采用的连接七盖板全体下料d处柱两侧翼缘钢板容纳外伸段600 mm 全体下料(图4e)，某个尺码是依据运载请求而决议的(请求构件最宽处≤2．4 ITI)。在桁架上、上弦杆的翼板处按标准?请求应在柱内设置隔板，但口形柱两头两区格不管采取任何铆接办法，都无奈保证隔板四边均与柱腹板铆接。本工程采取往口形柱两头两区格灌C40混凝土的形式来好转其传力功能，其他四边区格仍采取加隔板的构造措施(图4f)。

 

2．2．2 桁架弦杆拼接焊缝构造桁架上、上弦杆与柱连接采用直缝现场铆接，那样下翼板焊缝管保会涌现仰焊，如此大的焊缝采用仰焊其安装难度大，且焊缝品质也不易保证。为了防止仰焊，桁架在制造时取掉一块上翼板入口箱形断面内铆接下翼板(800 mm X 800 mm的箱形断面内有剩余的铆接空间)，最初焊上小块上翼板，一切连接焊缝均采用二氧化碳气体掩护电弧剖口焊。因为桁架外露，为保证建筑美妙请求，桁架弦杆下翼板采用不加垫板反面清根的剖口焊，其他剖口焊反面均加铆接垫板。2 钢结构2004年第6期第19卷总第75期I．弦I 篼板 拄顶隔板柱顶隔板外伸 钢柱内灌c l混凝土a 连接 ；b 易广：'t- 状撕裂的铆接；C一焊缝沉积的铆接；d一采用的铆接；e 钢柱侧板下料；f 节点处钢柱断面图4 『}1部转换桁架 柱连接陶5 桁架弦杆拼援

 

2．3 对钢材Z向功能的请求《建筑抗震设计标准》(GB 50011—2001)规则：采用铆接连接的钢结构，当钢板厚不小于40 mm且接受沿板薄厚方向的拉力时，应按《薄厚方向功能钢板》(GB 50313—85)的规则，板厚方向的断面膨胀率不应小于该规范ZI5级规则的答应值；《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—98)对此的请求是钢板薄厚等于或者大于50 mm。《建筑钢结构铆接规程》(JGJ 99—91)规则：对较厚的板件(≥ 25mm)，在T形接头、角接接头和十字形接头中应采取预防层状撕裂的措施。标准规则的厚钢板Z向功能ZI5是最低请求，莫须有层状撕裂的要素很多，如钢材的含硫量、节点设计的正当性、铆接工艺的正当性等。设计中要留意不要认为厚钢板有了ZI5的保证就能够万事大吉，对简单的连接应运作层状撕裂风险性指数(LTR)? 评估，以确保连接的牢靠性。对本工程中铆接简单且钢板薄厚大的构件——中部转换桁架与柱连接处的柱断面(图6)运作层状撕裂风险性指数(LTR)评估，考证ZI5级能否满意层状撕裂的请求，要不经过取舍正当的铆接工艺和进步钢板的Z向功能级别来满意请求。在桁架与柱的连接处，柱截面方式为图4f所示，其组合焊缝在节点区域均请求全熔透焊，为了减小铆接变形及对钢板层状撕裂的莫须有，过分采取双面剖口焊及窄间隙焊。对图6中的铆接接头运作层状撕裂综合风险性系数(ELTR)打算：ΣLTR=INF(A)+INF(B)+INF(C)+INF(D)+INF(E) (1)式中 INF(A)—— 焊缝无效薄厚的莫须有取0．3S，S为焊缝无效薄厚；INF(B)—— 铆接方式的莫须有；INF(C)—— 接头横向拘谨的莫须有取0．2 ；INF(D)—— 拘谨度的莫须有；INF(E)—— 传热条件的莫须有，不传热取0，传热量度>100℃时取一8。铆接接头1：ΣLTR=33．7铆接接头2：ΣLTR=25．9铆接接头3：ΣLTR=22铆接接头4：ΣLTR=75fJ 8(J图6 与桁架连接处的柱断面铆接表1示意层状撕裂综合风险性(ΣLTR)水平相反所请求的钢材薄厚方向断面膨胀率 值，ELTR值为实践工程中各种莫须有要素的总数。依据《薄厚方向功能钢板》(GB 5313—85)中缀面膨胀率 与钢材Z向级别的对应联系可知：接头1、接头2请求钢板Z向功能级别为Z35，接头3请求钢板Z向功能级别为Z25，接头4可不请求钢板Z向功能。据此本工程请求此全体的80 mlTl厚钢板Z向功能达Steel Construction．2004(6)，Vo1．19，No．75 3板槽焊钢开塞㈣逐个一维普资讯 http://www.cqvip.com高层钢结构到Z35级，50 mm 厚钢板Z向功能取得Z25级请求，同声铆接时请求传热，传热量度>100℃ 。表1 ~．LTR与对应的 请求值LTR请求的 ／％均匀值 最小值

 

2．4 铸钢件构造本工程1～2层为十字形和H三H形柱，以上各层为圆管柱，转换桁架上也为圆管柱，采用上圆下方铸钢件作为两种方式柱及转换桁架上柱的过渡，共用铸钢件116个，铸钢节点系初次在我国高层钢结构框架中运用。其顶用量最大的铸钢件方式见图7，该铸钢件重1．58 t。铸钢件上连圆管柱，下连十字形柱(与铸钢件连接处十字柱变为方形柱)，竖向拐点地位即是连接H型钢框架梁高低翼缘的地位，锥台高低各设一道隔板，既然H型框架梁连接受力的需求，同声也是加强铸钢件全体刚刚度的需求。铸钢件壁厚依据铸钢与框架柱钢材的设计强度折算而来。。l2—2。图7 十字柱与圆柱转换铸钢件铸钢件采用砂型冶炼办法制作，构造上一切内折角务必做出圆角，同声两头两隔板务必开洞再不脱模，内折角的圆角半径及隔板开洞大小先依据砂型冶炼工艺请求初步肯定，再用有限元软件运作铸钢节点受力分析并运作全部尺码调动。本工程对铸钢节点运作了低周重复荷载抗震实验和静力实验，实验表明节点能满意受力及延性的请求。为保证铸钢节点满意设计请求，对铸钢件的力学功能、化学成分、延性、可焊性、外观、制作、检验等提出了务必满意的条件，以保证铸钢件的顺利使用。表2为本工程“铸钢件交货技术条件”中形状尺码答应偏偏向的请求，对无奈用野生丈量的壁厚，请求用测厚仪丈量。表2 铸钢件尺码偏偏向请求

 

3、终了语钢结构构造措施应容纳：防止采用有应力集合的构造；设计中应过分防止有层状撕裂原因的连接方式；防止采用有层状撕裂原因的铆接形式；防止采用地面仰焊的连接形式等。为了保证最正当的构造设计，设计中需求钢结构制造及施工机关的参与，那样能力肯定出正当、可行的计划。

 

1 国家钢结构协会 建筑钢结构安装手册．北京：国家方案塔斯社，2002试件所受量度越高，其屈从强度越低；

 

2)有轴向束缚的构件，低温时发生量度应力，且量度越高，量度应力越大；

 

3)量度应力可引起构件毁坏，因为对超静定结构耐火设计时必需思忖；

 

4)常温下可保证全部稳固性的型钢截面，低温时可发生全部失稳，进而引发构件全体失稳。