摘 要 引見(jiàn)一瞳細(xì)長(zhǎng)、T-規(guī)定、構(gòu)件及材料品種多、連接類型多且簡(jiǎn)單的全鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的構(gòu)造做法，對(duì)鋼板Z向功能的請(qǐng)求、鑄鋼件的構(gòu)造設(shè)計(jì)及技術(shù)請(qǐng)求，可供相似L-程設(shè)計(jì)參考
1、工程簡(jiǎn)介溫州世貿(mào)中心大廈C座為全鋼結(jié)構(gòu)，立體外形為長(zhǎng)202 n1，寬0～41 m 的梭形(圖1)，地上13層，高51．4～62．2 m，因?yàn)檫\(yùn)用性能及建筑造型的需求，本工程結(jié)申句方式簡(jiǎn)單，采用的鋼材品種多、構(gòu)件類型多、節(jié)點(diǎn)方式多。構(gòu)造設(shè)計(jì)既要滿意結(jié)構(gòu)受力的請(qǐng)求，還要滿意工場(chǎng)制造、運(yùn)載及現(xiàn)場(chǎng)施工的請(qǐng)求。． 警 臻壤{ 暴 疊 瓣由于本工程的簡(jiǎn)單性，對(duì)丁簡(jiǎn)單、主要的節(jié)點(diǎn)用有限元辦法運(yùn)作實(shí)踐分析，并對(duì)三種典型框架節(jié)點(diǎn)做了抗震實(shí)驗(yàn)。
2、連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造設(shè)計(jì)
2．1 圓柱與框架梁的連接
2．1．1 中問(wèn)層圓柱Lj框架梁的連接鋼框架柱的施工單元采用帶外環(huán)板的懸臂梁段的柱貫穿型單元，兩層為一個(gè) 元，柱高8．4 m，柱工地接頭設(shè)于主梁頂面以上1．0 m處。梁的施工單元為每跨一根。帶外環(huán)板的懸臂段與框架梁相連，上、F翼緣采用全熔透工地鉚接，腹板采用10．9級(jí)高強(qiáng)度螺栓沖突型連接(圖2)。為了防止應(yīng)力集合，采用圖2a所示無(wú)折點(diǎn)平滑過(guò)渡的弧形環(huán)板。為外環(huán)板拼接處外環(huán)翼飯緣厚l{度l最同厚相者連 梁II tl ^ Il t1 、’ 逐個(gè)12啄自U勁板a一節(jié)點(diǎn)立體；b一柱單兀圖2 兩頭層圓鋼柱與梁連接節(jié)點(diǎn)預(yù)防弧形環(huán)板受壓力時(shí)屈曲，在上、下環(huán)板之問(wèn)設(shè)加勁板，采用角焊縫鉚接。環(huán)板與柱之問(wèn)在工場(chǎng)采用全熔透等強(qiáng)鉚接，腹板與柱采用雙面貼角焊。假如外環(huán)板采用無(wú)拼接全體下料，則鋼材糜費(fèi)較大，為了*本I：程失去了黃宗瑜傳授級(jí)高工的指點(diǎn)．特此致謝。加入本工程的還彳f楊曦、唐思民、樸擁軍優(yōu)屬、王立維等。第?作暫：何建波男1961年7月死亡中國(guó)一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師收稿日期：2004—05—30Steel Construction．2004(6)，Vo1．19，No．75 1 m高層鋼結(jié)構(gòu)縮小因鋼材下料形成的糜費(fèi)，設(shè)計(jì)上答應(yīng)外環(huán)板拼接，拼接地位在應(yīng)力值較小的45。處，但請(qǐng)求錯(cuò)開(kāi)加勁肋地位，以防止焊縫堆疊，外環(huán)板拼接焊縫采用全熔透等強(qiáng)鉚接。鋼構(gòu)件在工場(chǎng)鉚接成施工單元，在工地現(xiàn)場(chǎng)與梁拼裝。因?yàn)檫\(yùn)載的制約，懸臂段長(zhǎng)短與柱直徑總長(zhǎng)掌握在2．4 ITI以內(nèi)。
2．1．2 頂層圓柱與框架梁的連接頂層圓柱與框架梁的連接在構(gòu)造上有別于兩頭各層(圖3)，若頂層仍采用中問(wèn)各層的構(gòu)造，在柱頂需設(shè)置封頭隔板(圖3b)，這種連接方式在鉚接和受力時(shí)簡(jiǎn)單發(fā)生柱壁鋼板層狀撕裂原因。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)三一 外環(huán)板薄厚 豐H連梁冀緣中最厚者Il Il 、 一12厚加勁板中，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)防止采用束縛度大和易發(fā)生層狀撕裂的連接方式。有兩種構(gòu)造計(jì)劃可取舍：1)在圖3b的基礎(chǔ)上將圓柱端頭伸出接頭焊縫區(qū)，伸出長(zhǎng)短不小于柱管壁薄厚(圖3c)；2)將上環(huán)板下料成不開(kāi)洞的整板與柱相連(圖3d)。兩種構(gòu)造方式中計(jì)劃1能好轉(zhuǎn)、計(jì)劃2能預(yù)防鉚接時(shí)柱壁鋼板的層狀撕裂。本工程屋面大全體為無(wú)鋼筋混凝土樓板的玻璃采光屋面，建筑請(qǐng)求屋面結(jié)構(gòu)平坦，無(wú)凸出結(jié)構(gòu)部件，因而計(jì)劃1使不得滿意建筑請(qǐng)求。本工程采用計(jì)劃2，即上環(huán)板全體下料，可防止層狀撕裂的原因涌現(xiàn)，并縮小了一圈焊縫，有余之處是鋼板下料糜費(fèi)較大。封頭隔板 封頭隔板一 l一1240(J，a ba 節(jié)點(diǎn)立體；b一不應(yīng)采用的連接；c一可采用的連接；d圖3 頂層圓鋼柱與梁連接節(jié)點(diǎn)
2．2 中部轉(zhuǎn)換桁架與柱的連接
2．2．1 節(jié)點(diǎn)處構(gòu)造中部轉(zhuǎn)換桁架上、上弦桿采用箱形截面，尺碼為800 mm X 800 mm，壁厚50 mm。腹桿采用 10、壁厚36 ITtrlq．的鋼管。因?yàn)榻ㄖ?qǐng)求，腹桿與弦桿連接時(shí)轉(zhuǎn)換成十字板連接。支承桁架的框架柱采用形截面，在與弦、腹桿連接的部位柱截面變?yōu)榭谕庑巍Ｖ胁哭D(zhuǎn)換桁架是該工程最主要的受力構(gòu)件之一， 除思忖桁架本身滿意各種工況的受力及變形請(qǐng)求外，桁架與柱的連接構(gòu)造便變化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，構(gòu)造上要保證連接處受力牢靠、傳力明白、鉚接結(jié)實(shí)、易于安裝。桁架與柱的連接焊縫若設(shè)置在柱邊，則焊縫將坐落受力最大處，況且現(xiàn)場(chǎng)拼接焊時(shí)其各構(gòu)件已在于束縛形態(tài)，桁架下弦上翼板采用圖4b所示連接形式在鉚接時(shí)易涌現(xiàn)柱翼板(板厚50 ram)的層狀撕裂，采用圖4c所示連接形式則焊縫與柱截面焊縫具有全體沉積原因。本工程采取桁架上、上弦桿連接面外移至距柱邊600 mm處鉚接(圖4d)，將節(jié)點(diǎn)本工程采用的連接七蓋板全體下料d處柱兩側(cè)翼緣鋼板容納外伸段600 mm 全體下料(圖4e)，某個(gè)尺碼是依據(jù)運(yùn)載請(qǐng)求而決議的(請(qǐng)求構(gòu)件最寬處≤2．4 ITI)。在桁架上、上弦桿的翼板處按標(biāo)準(zhǔn)?請(qǐng)求應(yīng)在柱內(nèi)設(shè)置隔板，但口形柱兩頭兩區(qū)格不管采取任何鉚接辦法，都無(wú)奈保證隔板四邊均與柱腹板鉚接。本工程采取往口形柱兩頭兩區(qū)格灌C40混凝土的形式來(lái)好轉(zhuǎn)其傳力功能，其他四邊區(qū)格仍采取加隔板的構(gòu)造措施(圖4f)。
2．2．2 桁架弦桿拼接焊縫構(gòu)造桁架上、上弦桿與柱連接采用直縫現(xiàn)場(chǎng)鉚接，那樣下翼板焊縫管保會(huì)涌現(xiàn)仰焊，如此大的焊縫采用仰焊其安裝難度大，且焊縫品質(zhì)也不易保證。為了防止仰焊，桁架在制造時(shí)取掉一塊上翼板入口箱形斷面內(nèi)鉚接下翼板(800 mm X 800 mm的箱形斷面內(nèi)有剩余的鉚接空間)，最初焊上小塊上翼板，一切連接焊縫均采用二氧化碳?xì)怏w掩護(hù)電弧剖口焊。因?yàn)殍旒芡饴�，為保證建筑美妙請(qǐng)求，桁架弦桿下翼板采用不加墊板反面清根的剖口焊，其他剖口焊反面均加鉚接墊板。2 鋼結(jié)構(gòu)2004年第6期第19卷總第75期I．弦I 篼板 拄頂隔板柱頂隔板外伸 鋼柱內(nèi)灌c l混凝土a 連接 ；b 易廣：'t- 狀撕裂的鉚接；C一焊縫沉積的鉚接；d一采用的鉚接；e 鋼柱側(cè)板下料；f 節(jié)點(diǎn)處鋼柱斷面圖4 『}1部轉(zhuǎn)換桁架 柱連接陶5 桁架弦桿拼援
2．3 對(duì)鋼材Z向功能的請(qǐng)求《建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50011—2001)規(guī)則：采用鉚接連接的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)鋼板厚不小于40 mm且接受沿板薄厚方向的拉力時(shí)，應(yīng)按《薄厚方向功能鋼板》(GB 50313—85)的規(guī)則，板厚方向的斷面膨脹率不應(yīng)小于該規(guī)范ZI5級(jí)規(guī)則的答應(yīng)值；《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 99—98)對(duì)此的請(qǐng)求是鋼板薄厚等于或者大于50 mm�！督ㄖ摻Y(jié)構(gòu)鉚接規(guī)程》(JGJ 99—91)規(guī)則：對(duì)較厚的板件(≥ 25mm)，在T形接頭、角接接頭和十字形接頭中應(yīng)采取預(yù)防層狀撕裂的措施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的厚鋼板Z向功能ZI5是最低請(qǐng)求，莫須有層狀撕裂的要素很多，如鋼材的含硫量、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的正當(dāng)性、鉚接工藝的正當(dāng)性等。設(shè)計(jì)中要留意不要認(rèn)為厚鋼板有了ZI5的保證就能夠萬(wàn)事大吉，對(duì)簡(jiǎn)單的連接應(yīng)運(yùn)作層狀撕裂風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)(LTR)? 評(píng)估，以確保連接的牢靠性。對(duì)本工程中鉚接簡(jiǎn)單且鋼板薄厚大的構(gòu)件——中部轉(zhuǎn)換桁架與柱連接處的柱斷面(圖6)運(yùn)作層狀撕裂風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)(LTR)評(píng)估，考證ZI5級(jí)能否滿意層狀撕裂的請(qǐng)求，要不經(jīng)過(guò)取舍正當(dāng)?shù)你T接工藝和進(jìn)步鋼板的Z向功能級(jí)別來(lái)滿意請(qǐng)求。在桁架與柱的連接處，柱截面方式為圖4f所示，其組合焊縫在節(jié)點(diǎn)區(qū)域均請(qǐng)求全熔透焊，為了減小鉚接變形及對(duì)鋼板層狀撕裂的莫須有，過(guò)分采取雙面剖口焊及窄間隙焊。對(duì)圖6中的鉚接接頭運(yùn)作層狀撕裂綜合風(fēng)險(xiǎn)性系數(shù)(ELTR)打算：ΣLTR=INF(A)+INF(B)+INF(C)+INF(D)+INF(E) (1)式中 INF(A)—— 焊縫無(wú)效薄厚的莫須有取0．3S，S為焊縫無(wú)效薄厚；INF(B)—— 鉚接方式的莫須有；INF(C)—— 接頭橫向拘謹(jǐn)?shù)哪氂腥?．2 ；INF(D)—— 拘謹(jǐn)度的莫須有；INF(E)—— 傳熱條件的莫須有，不傳熱取0，傳熱量度>100℃時(shí)取一8。鉚接接頭1：ΣLTR=33．7鉚接接頭2：ΣLTR=25．9鉚接接頭3：ΣLTR=22鉚接接頭4：ΣLTR=75fJ 8(J圖6 與桁架連接處的柱斷面鉚接表1示意層狀撕裂綜合風(fēng)險(xiǎn)性(ΣLTR)水平相反所請(qǐng)求的鋼材薄厚方向斷面膨脹率 值，ELTR值為實(shí)踐工程中各種莫須有要素的總數(shù)。依據(jù)《薄厚方向功能鋼板》(GB 5313—85)中綴面膨脹率 與鋼材Z向級(jí)別的對(duì)應(yīng)聯(lián)系可知：接頭1、接頭2請(qǐng)求鋼板Z向功能級(jí)別為Z35，接頭3請(qǐng)求鋼板Z向功能級(jí)別為Z25，接頭4可不請(qǐng)求鋼板Z向功能。據(jù)此本工程請(qǐng)求此全體的80 mlTl厚鋼板Z向功能達(dá)Steel Construction．2004(6)，Vo1．19，No．75 3板槽焊鋼開(kāi)塞㈣逐個(gè)一維普資訊 http://www.cqvip.com高層鋼結(jié)構(gòu)到Z35級(jí)，50 mm 厚鋼板Z向功能取得Z25級(jí)請(qǐng)求，同聲鉚接時(shí)請(qǐng)求傳熱，傳熱量度>100℃ 。表1 ~．LTR與對(duì)應(yīng)的 請(qǐng)求值LTR請(qǐng)求的 ／％均勻值 最小值
2．4 鑄鋼件構(gòu)造本工程1～2層為十字形和H三H形柱，以上各層為圓管柱，轉(zhuǎn)換桁架上也為圓管柱，采用上圓下方鑄鋼件作為兩種方式柱及轉(zhuǎn)換桁架上柱的過(guò)渡，共用鑄鋼件116個(gè)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)系初次在我國(guó)高層鋼結(jié)構(gòu)框架中運(yùn)用。其頂用量最大的鑄鋼件方式見(jiàn)圖7，該鑄鋼件重1．58 t。鑄鋼件上連圓管柱，下連十字形柱(與鑄鋼件連接處十字柱變?yōu)榉叫沃?，豎向拐點(diǎn)地位即是連接H型鋼框架梁高低翼緣的地位，錐臺(tái)高低各設(shè)一道隔板，既然H型框架梁連接受力的需求，同聲也是加強(qiáng)鑄鋼件全體剛剛度的需求。鑄鋼件壁厚依據(jù)鑄鋼與框架柱鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度折算而來(lái)。。l2—2。圖7 十字柱與圓柱轉(zhuǎn)換鑄鋼件鑄鋼件采用砂型冶煉辦法制作，構(gòu)造上一切內(nèi)折角務(wù)必做出圓角，同聲兩頭兩隔板務(wù)必開(kāi)洞再不脫模，內(nèi)折角的圓角半徑及隔板開(kāi)洞大小先依據(jù)砂型冶煉工藝請(qǐng)求初步肯定，再用有限元軟件運(yùn)作鑄鋼節(jié)點(diǎn)受力分析并運(yùn)作全部尺碼調(diào)動(dòng)。本工程對(duì)鑄鋼節(jié)點(diǎn)運(yùn)作了低周重復(fù)荷載抗震實(shí)驗(yàn)和靜力實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明節(jié)點(diǎn)能滿意受力及延性的請(qǐng)求。為保證鑄鋼節(jié)點(diǎn)滿意設(shè)計(jì)請(qǐng)求，對(duì)鑄鋼件的力學(xué)功能、化學(xué)成分、延性、可焊性、外觀、制作、檢驗(yàn)等提出了務(wù)必滿意的條件，以保證鑄鋼件的順利使用。表2為本工程“鑄鋼件交貨技術(shù)條件”中形狀尺碼答應(yīng)偏偏向的請(qǐng)求，對(duì)無(wú)奈用野生丈量的壁厚，請(qǐng)求用測(cè)厚儀丈量。表2 鑄鋼件尺碼偏偏向請(qǐng)求
3、終了語(yǔ)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施應(yīng)容納：防止采用有應(yīng)力集合的構(gòu)造；設(shè)計(jì)中應(yīng)過(guò)分防止有層狀撕裂原因的連接方式；防止采用有層狀撕裂原因的鉚接形式；防止采用地面仰焊的連接形式等。為了保證最正當(dāng)?shù)臉?gòu)造設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中需求鋼結(jié)構(gòu)制造及施工機(jī)關(guān)的參與，那樣能力肯定出正當(dāng)、可行的計(jì)劃。
1 國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì) 建筑鋼結(jié)構(gòu)安裝手冊(cè)．北京：國(guó)家方案塔斯社，2002試件所受量度越高，其屈從強(qiáng)度越低；
2)有軸向束縛的構(gòu)件，低溫時(shí)發(fā)生量度應(yīng)力，且量度越高，量度應(yīng)力越大；
3)量度應(yīng)力可引起構(gòu)件毀壞，因?yàn)閷?duì)超靜定結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)時(shí)必需思忖；
4)常溫下可保證全部穩(wěn)固性的型鋼截面，低溫時(shí)可發(fā)生全部失穩(wěn)，進(jìn)而引發(fā)構(gòu)件全體失穩(wěn)。
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中國(guó)大型鋼結(jié)構(gòu)工程開(kāi)展情況及成績(jī)