南通植物園溫室結構設計.pdf

第 nullnull 卷 第 nullnull 期 nullnullnullnull 年 nullnull 月上 建 筑 結 構 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull 第一作者 石維 碩士 高級工程師 一級注冊結構工程師 主要從事結構設計工作 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 南通植物園溫室結構設計 石 維 null 袁盛林 null 劉 燕 null null 中機中聯(lián)工程有限公司上海分公司 上海 nullnullnullnullnullnull null 江蘇筑森建筑設計有限公司上海分公司 上海 nullnullnullnullnullnull null 上海山內鋼結構設計有限公司 上海 nullnullnullnullnullnull 摘要 南通植物園溫室整體建筑造型優(yōu)雅 輕盈 結構體系為扭轉空間剛架結構 通過采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 軟件對 扭轉空間剛架結構進行整體空間分析 并對屋面復雜關鍵節(jié)點進行細致有限元分析 給節(jié)點設計提供分析數(shù)據(jù)依 據(jù) 因建筑造型需要 剛架縱向無法設置交叉支撐 將屋面幕墻系統(tǒng)設計為結構縱向傳力體系 為剛架提供縱向剛 度 同時使得結構具有更好的抗震性能 多榀剛架因桿件尺寸各不相同 同時空間角度扭轉 施工吊裝存在一定的 風險 通過施工工況驗算 給出吊裝時注意事項 對現(xiàn)場剛架吊裝工況提出指導性意見 保證工程順利安裝完成 關鍵詞 南通植物園 空間扭轉 鋼結構 復雜關鍵節(jié)點 施工吊裝 中圖分類號 nullnullnullnullnull 文獻標志碼 null 文章編號 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 引用本文 石維 袁盛林 劉燕 null 南通植物園溫室結構設計 null null 建筑結構 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 工程概況 南通植物園 含盆景園 位于江蘇省南通市狼 山風景區(qū)內 總占地面積約 null nullnullnull nullnullnullnull null 其中溫室 位于園區(qū)東北角 占地面積約為 nullnullnullnullnull null 溫室建筑 主要功能是植物培育及市民日常參觀學習 室內根 據(jù)植物特性分為熱帶雨林區(qū) 棕櫚區(qū) 四季花園區(qū) 熱帶果樹區(qū) 專類植物區(qū) 建筑實景圖見圖 null 溫室結構設計主要參數(shù) nullnullnull 年重現(xiàn)期風壓 nullnull nullnullnullnullnull null nullnullnull 年重現(xiàn)期基本雪壓 nullnull nullnullnullnullnull null 均勻 溫度作用標準值為升 降溫 nullnullnull 抗震設防烈度 null 度 設計基本地震加速度 nullnull nullnullg 設計地震分組第二 圖 null 建筑實景圖 組 建筑場地類別 null類 場地特征周期 nullnull nullnullnull nullnullnull null 結構設計 結構主體為空間剛架結構 長 nullnullnull 寬 nullnullnull nullnull 建 筑 結 構 nullnullnullnull 年 長度方向為 nullnull 榀等距不等傾角的剛架結構 剛架構 件截面為箱形 截面尺寸為 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 為受力體 系簡單明確 將 nullnull 榀剛架作為主要豎向受力構件 采用 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 對結構進行整體計算分析 整體計 算模型如圖 null 所示 結構平面布置圖 立面圖分別 如圖 null null 所示 圖 null 整體計算模型 由于室內效果要求 結構山墻端部無法設置抗風 構件 同時結構縱向亦無法設置縱向交叉支撐 通過 分析建筑造型發(fā)現(xiàn) 建筑形體上的扭轉形成屋面結 構 沿縱向延展成為墻面結構 由此將結構縱向抗側 剛度設計為由屋面幕墻構件提供 即將幕墻構件按照 結構件進行整體分析計算 結構主鋼框架及屋面 抗側力構件如圖 null 所示 圖中綠色及灰色構件為屋面 抗側力構件 截面為 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 圖 null 結構平面布置圖 圖 null 結構立面圖 圖 null 結構主鋼框架及屋面抗側力構件 圖 null 模型 null null 的對比分析模型 null 結構分析 nullnull null 結構位移分析 結構自振周期見表 null 由表可得 扭轉周期與 第一平動周期比值為 nullnull nullnull 大于規(guī)范限值 nullnull null 屬于 扭轉不規(guī)則結構 null 表 null 結構自振周期 振型 類型 方向 自振周期 nullnull 第一振型 平動 Y 向 nullnull nullnull 第二振型 扭轉 nullnull nullnull 第三振型 豎向 Z 向 nullnull nullnull 第四振型 平動 X 向 nullnull nullnull 扭轉周期 null第一平動周期 nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 為驗證屋面幕墻系統(tǒng)是否可以作為結構的主 要縱向抗側構件 并為結構提供有效的縱向剛度 從而降低結構縱向位移 分別建立無屋面幕墻構件 的模型 null 及有屋面幕墻構件的模型 null 見圖 null 分別 計算其水平位移 見表 null 由表 null 可得 在正常使用 荷載工況下 模型 null 水平位移最大為 nullnullnull nullnullnull 當 增加了屋面抗側力構件 模型 null 水平位移最大為 nullnullnull nullnullnull 相比模型 null 降低了 nullnullnull nullnull 可以看出屋面 抗側力構件能為結構提供有效抗側剛度 結構整 體位移在可控范圍內 同時也在規(guī)范允許范圍內 表明結構整體剛度較好 表 null 兩種結構模型在各工況下的水平位移 正常使用荷載工況 水平位移 nullnullnull 模型 null 模型 null 下降比例 nullnull 恒載 nullX 向風載 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒載 nullY 向風載 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒載 nullnullnull null 活載 nullX 向地震作用 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null 恒載 nullnullnull null 活載 nullY 向地震作用 nullnullnull null nullnullnull null nullnullnull null nullnull null 構件應力與變形分析 主體結構構件的應力水平不僅決定了結構整體 的受力情況 同時也表明結構冗余程度 包絡工況下 主要構件應力比見圖 null 由圖可得 各主要構件的應 力比不超過 nullnull nullnull 大部分構件均處于 nullnull nullnull 以下 表明 結構整體受力均勻 同時具有較好的安全儲備 在 Y 向風荷載作用下 因剛架面外彎矩過大 剛架柱最大應力比為 nullnull nullnull 位于高度不超過 nullnull 的 位置 見圖 null 剛架梁最大應力比為 nullnull nullnull 位于靠近 邊跨跨度超過 nullnullnull 的剛架橫梁位置 見圖 null 結構件的整體應力都維持在一個較低的水 平 表明構件都具有較好的強度儲備 由于結構跨 度 nullnullnull nullnull 屬于大跨度結構 因此正常使用狀態(tài)下的 構件變形也是結構分析重點 恒載 null 活載工況下的 nullnull 第 nullnull 卷 第 nullnull 期 石 維 等 null 南通植物園溫室結構設計 圖 null 包絡工況下主要構件應力比 圖 null Y 向風荷載作用下的剛架柱應力比分布 圖 null Y 向風荷載作用下的剛架梁應力比分布 構件豎向位移見圖 nullnull 由圖可得 構件最大位移約 為 nullnullnull nullnullnull 小于規(guī)范限值 nullnullnull nullnullnull nullnullnull 雖然位移 值滿足規(guī)范限值 但絕對位移量較大會影響屋頂幕 墻結構 增大后期幕墻安裝后破損的風險 因此為 降低屋面構件絕對位移量 設計中要求鋼結構在進 行加工時進行預起拱 起拱值選擇 nullnull null 恒載 nullnullnull null 活 載工況下構件位移絕對值 根據(jù)各軸線剛架分別 計算起拱建議值 見表 null 圖 nullnull 恒載 null 活載工況下構件豎向位移值 nullnullnull 表 null 剛架起拱建議值 序號 軸號 梁跨度 nullnullnull 建議起拱值 nullnullnull 起拱相對值 null null 軸 null軸 null null 軸 null軸 null null 軸 null軸 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 結構設計重點及難點 根據(jù)結構體系特點及建筑空間造型的特殊性 結構受力機理 屋面節(jié)點及施工階段構件吊裝驗算 是本項目需要重點研究分析的內容 因此針對這 幾方面進行了更為詳盡的結構分析 為結構設計提 供更為可靠的依據(jù) nullnull null 結構受力機理 結構整體逐步扭轉 構件會從柱向梁逐步過 渡 基礎柱腳編號如圖 nullnull 所示 梁的計算跨度越靠 近兩端山墻越大 因此剛架受力呈現(xiàn)兩端大 中部 小的趨勢 分析所得柱腳彎矩見表 null 從表可得 柱 腳彎矩基本呈反對稱分布 即 null 號柱腳與對角 nullnull 號 柱腳受力情況基本一致 柱腳彎矩整體從中間榀向 端跨逐步減小 圖 nullnull 柱腳編號圖 表 null 柱腳彎矩 null nullnull null 柱腳 編號 南側柱腳 M null M null 柱腳 編號 北側柱腳 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 屋面節(jié)點分析 本項目建筑造型復雜 需要將屋面幕墻結構 作為整體結構建入模型中分析 并考慮其對結構 縱向剛度貢獻 由于屋面構件較多 導致構件交 接節(jié)點復雜 出現(xiàn)了 null 根桿件匯交于一點的情況 如圖 nullnull 所示 此節(jié)點存在如下問題 null 斜向桿件 相交處螺栓無法安裝 null 桿件在空間會形成不對 正情況 影響美感 null 屋面幕墻無法對正安裝 幕 墻施工困難 nullnull 建 筑 結 構 nullnullnullnull 年 圖 nullnull null 根桿件交匯節(jié)點 圖 nullnull 優(yōu)化設計后的節(jié)點 圖 nullnull 實體有限元模型 圖 nullnull 節(jié)點應力 分布 nullnullnullnull 圖 nullnull 節(jié)點圓鋼管應力 分布 nullnullnullnull 圖 nullnull 節(jié)點圓鋼管上下 封板應力分布 nullnullnullnull 圖 nullnull 節(jié)點整體 實景圖 為解決上述問題 對該節(jié)點做如下優(yōu)化設 計 null 增加斜向桿連接處的環(huán)形桿件 減少施工困 難 null 增加環(huán)形桿件后 調整斜向方向為同一方向 null 該節(jié)點橫向為屋面主梁方向 與環(huán)形桿件采用剛 接連接 其余斜向桿件與環(huán)形桿件均為鉸接連接 優(yōu)化設計后的節(jié)點 圖 nullnull 圓鋼管尺寸為 nullnullnullnull null nullnull 內部加肋板厚 nullnullnullnull 兩端內加勁板厚 nullnullnullnull 與 水平向鋼梁剛接 其他 null 根鋼梁與圓鋼管外側焊接的 nullnullnullnull 厚連接板鉸接 該節(jié)點作為屋面抗側力體系的關鍵連接節(jié)點 既要承受屋面的恒載 活載 風載 雪載 還要承受 水平力作用下剛架傳遞來的縱向推力 所以該節(jié)點 安全性關系到整個屋面結構的受力可靠 為了保 證節(jié)點的安全性 采用 nullnullnullnullnullnull 對屋面連接節(jié)點進 行實