新型連接節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究及有限元分析
某工程為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)采用混凝土柱-混凝土梁、混凝土柱-鋼梁、混凝土剪力墻-鋼梁等多種節(jié)點(diǎn)形式。按照1:2的比例設(shè)計(jì)了新型梁柱混合節(jié)點(diǎn)及混凝土剪力墻-鋼梁鉸接節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行了縮尺構(gòu)件抗震性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，兩種新型節(jié)點(diǎn)均發(fā)生梁端破壞，能達(dá)到強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的抗震要求。通過有限元分析進(jìn)一步掌握其受力特性，并通過有限元變參數(shù)分析研究了梁柱節(jié)點(diǎn)承載力的影響因素。結(jié)果表明，對梁柱節(jié)點(diǎn)承載力影響最大的是內(nèi)隔板，其次為內(nèi)埋T柱；內(nèi)隔板相同的條件下，內(nèi)埋T柱埋深比T柱高度對承載力的影響更為明顯。
空間網(wǎng)殼相貫節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析
針對北京將臺冬季花園工程中最典型的網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)，選取通用有限元軟件ABAQUS，在考慮材料非線性和幾何非線性的基礎(chǔ)上，建立非線性桿系、實(shí)體有限元模型，深入探討了圓筒相貫、直接相貫兩種不同相貫形式節(jié)點(diǎn)在軸力、彎矩、剪力復(fù)合作用下的復(fù)雜應(yīng)力、變形分布以及應(yīng)力集中現(xiàn)象；利用兩種不同方式，對節(jié)點(diǎn)域初始剛度進(jìn)行評價(jià)；計(jì)算了節(jié)點(diǎn)的承載能力以及安全儲備，并探討了改進(jìn)節(jié)點(diǎn)性能的設(shè)計(jì)方法。有限元分析結(jié)果表明：兩種連接形式在應(yīng)力、變形、承載力等方面基本一致，極限荷載約為設(shè)計(jì)荷載的2.04倍，具有較大的安全儲備；圓柱相貫節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象較直接相貫節(jié)點(diǎn)有一定緩解，應(yīng)力集中現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致局部屈服，存在安全隱患，可通過加厚相貫區(qū)域，在此區(qū)域進(jìn)行倒角處理等措施解決；圓筒相貫節(jié)點(diǎn)比直接相貫節(jié)點(diǎn)剛度大，直接與圓筒相連的桿件比既與圓筒相連又與旁邊桿件相連的節(jié)點(diǎn)剛度大，根據(jù)歐洲規(guī)范的分類方法以及與桿系模型對比分析，兩種形式節(jié)點(diǎn)在工程中可以視為剛性連接。
梁翼緣擴(kuò)大頭和圓孔削弱型內(nèi)隔板式箱形柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)低周往復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)
對1個(gè)內(nèi)隔板式箱形柱-H型鋼梁常規(guī)節(jié)點(diǎn)和3個(gè)梁翼緣擴(kuò)大頭及圓孔削弱型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周往復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，常規(guī)節(jié)點(diǎn)在梁翼緣對接焊縫處脆性斷裂，節(jié)點(diǎn)塑性轉(zhuǎn)角達(dá)不到FEMA 要求的0.03rad。當(dāng)柱內(nèi)隔板與柱壁板間焊縫質(zhì)量較好時(shí)，梁翼緣圓弧擴(kuò)大頭和圓孔削弱型節(jié)點(diǎn)的塑性轉(zhuǎn)角可達(dá)0.03rad，承載力較常規(guī)節(jié)點(diǎn)提高約70%。圓弧擴(kuò)大頭構(gòu)造顯著降低了梁翼緣對接焊縫的應(yīng)力集中程度，避免了對接焊縫脆斷，圓孔構(gòu)造促使梁削弱截面形成塑性鉸。當(dāng)內(nèi)隔板與柱壁板焊縫質(zhì)量較差時(shí)，箱形柱壁板間焊縫過早撕裂，導(dǎo)致內(nèi)隔板式箱形柱-H型鋼梁節(jié)點(diǎn)的延性和承載力明顯降低。
哈爾濱香坊公安分局辦公樓設(shè)計(jì)
配筋砌塊建筑將砌體結(jié)構(gòu)的整體性大大加強(qiáng)、適用高度增加，《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50003—2010)規(guī)定其使用高度為60m。由于配筋砌塊建筑所用空心砌塊類型的多樣，使得其細(xì)部構(gòu)造、性能有很大差別，為逐步規(guī)范所用砌塊的孔洞率、砌筑時(shí)的對孔率等參數(shù)對砌塊結(jié)構(gòu)性能的影響，提出砌塊整澆墻結(jié)構(gòu)的概念。砌塊整澆墻與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)省鋼材30％~40％，降低工程造價(jià)12％~18％；無柱角、梁角，方便使用；墻厚減小、抹灰變薄，增加建筑使用面積5％以上；墻體施工不用模板，施工期可縮短1/4~1/5；砌塊建筑應(yīng)用外墻保溫技術(shù)，可以達(dá)到建筑節(jié)能65％的要求；當(dāng)采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系時(shí)，能在更大程度上降低造價(jià)。
哈爾濱市香坊公安分局辦公樓總建筑面積為14707m2，地上13層，地下1層，總高度45.65m。辦公樓布局簡潔大方，多是標(biāo)準(zhǔn)的辦公室用房。這種較規(guī)則的建筑平面設(shè)計(jì)，為砌塊結(jié)構(gòu)的使用帶來便利。建筑結(jié)構(gòu)采用配筋砌塊剪力墻結(jié)構(gòu)。雖然對于本工程，190mm厚砌塊也能滿足設(shè)計(jì)要求，但為研究配筋砌塊建筑在更大高度上的應(yīng)用，探索290mm砌塊的工程實(shí)際使用，提高建筑物使用中的舒適性，在設(shè)計(jì)中使用了290mm系列砌塊。本工程現(xiàn)已經(jīng)完工，使用效果較好。
沈陽溫州城連廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沈陽溫州城項(xiàng)目總建筑面積40萬㎡，地下2層，地上28層，建筑總高度105.60m，由4個(gè)區(qū)組成，每個(gè)區(qū)域的裙房之間采用架空連廊連接。采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，支撐轉(zhuǎn)換梁和鋼連廊的框架柱等重要構(gòu)件采用型鋼混凝土。B3與C4塔樓之間在3~7層通過連廊連接,連廊采用多層空間桁架結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)塔樓之間的跨越聯(lián)系，形成了一個(gè)多塔連體結(jié)構(gòu)。連廊跨度為33.9m，共5層，總高度25.35m，距地高度11m。連廊中間為聯(lián)系兩個(gè)塔樓商業(yè)的人行通道，通道內(nèi)部兩側(cè)為小型商業(yè)店鋪。
本工程中連廊跨度較大、平面寬度很窄，連接體本身的結(jié)構(gòu)剛度較弱，兩側(cè)塔樓平面布置不對稱。連接體作為協(xié)調(diào)兩個(gè)塔樓相對振動(dòng)的構(gòu)件，由于塔樓之間不對稱，連接體對塔樓之間的約束連接作用相對明顯，塔樓之間的相對振動(dòng)也較大，因此塔樓對連接體的連接作用相對更為敏感。長而窄的連廊無法協(xié)調(diào)連接體兩側(cè)的塔樓共同工作，因此連廊與塔樓之間采用弱連接結(jié)構(gòu)形式。連廊窄而長,橫向不能設(shè)墻,縱向圍護(hù)墻體只能依靠墻身平面內(nèi)的構(gòu)件來保證自身的穩(wěn)定性。連廊與兩端塔樓之間的弱連接支座采用橡膠隔震墊形式的滑動(dòng)支座?；瑒?dòng)支座可以將多塔連體結(jié)構(gòu)通過連廊產(chǎn)生的耦聯(lián)效應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)。
沈撫新城文化中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
沈撫新城文化中心項(xiàng)目位于撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，在“生命之環(huán)”的東北側(cè)，為撫順經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及沈撫新城的文化地標(biāo)。項(xiàng)目占地面積21400㎡，總建筑面積27697㎡。文化中心內(nèi)設(shè)有影劇院、規(guī)劃展示館、檔案館、廣電中心四家單位以及相關(guān)附屬設(shè)施。文化中心地下一層為汽車庫及設(shè)備機(jī)房，地上為六層。影劇院位于地上部分西側(cè)及中心區(qū)域，影劇院觀眾廳有1200座，分上下兩層，舞臺區(qū)設(shè)有主舞臺和單側(cè)臺。規(guī)劃展示館位于文化中心二層南側(cè)，為一鉆石狀的結(jié)構(gòu)體，檔案館及廣電中心位于東側(cè)，設(shè)防震縫與影劇院分開。
本工程造型獨(dú)特，建筑平面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不對稱，在滿足建筑效果的前提下盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、傳力明確，減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。影劇院前廳、觀眾廳、主舞臺、側(cè)臺比較空曠，樓板不連續(xù)，錯(cuò)層部位很多，東側(cè)檔案館及廣電中心與影劇院前廳相接，連接薄弱，且東側(cè)檔案館及廣電中心高度超過影劇院部分較多，為避免結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不規(guī)則，設(shè)防震縫將影劇院與檔案館及廣電中心分開。影劇院部分根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，在觀眾廳、舞臺周邊設(shè)置剪力墻，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度，提高結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作能力。設(shè)防震縫后檔案館及廣電中心結(jié)構(gòu)相對比較規(guī)則，采用框架結(jié)構(gòu)，觀眾廳、舞臺屋頂采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對其他大跨度區(qū)域如排練廳、劇場前廳采用鋼筋混凝土井字梁。
碧羅雪山大酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
碧羅雪山大酒店位于云南省大理市濱海大道，濱臨洱海，遠(yuǎn)望蒼山，建筑總高度99.28m，總建筑面積52728.15m2，工程地下2層，塔樓地上28層，裙樓地上3層，建筑效果圖見圖1。地下1，2層為車庫，層高4.2m，地上1~3層為商場、餐廳、健身房等，層高分別為4.5，4.2，4.2m，4~22層為酒店層，層高3.6m，23~27層為辦公樓層和觀光層，28層為電梯機(jī)房和屋頂花園，層高4.8m。
本工程裙樓在①~③軸，⑤~⑦軸之間為3層鋼框架結(jié)構(gòu)，③~⑤軸僅設(shè)輕鋼屋面，形成面積350m2、高13.9m的寬闊大堂。地面以上，裙樓和塔樓的結(jié)構(gòu)完全脫開，形成各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。塔樓平面為雙軸對稱規(guī)則布置，4~21層建筑平面中心位置設(shè)7.9m×25m的孔洞，形成上下貫通的豎井。1~22層體型無變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)均勻設(shè)置。在塔樓③~⑤軸之間設(shè)置一個(gè)貫通D，G軸的月亮環(huán)，月亮環(huán)中心標(biāo)高88m，半徑6.6m。為實(shí)現(xiàn)月亮環(huán)的建筑效果，層23，24，25上述軸線范圍內(nèi)的梁、板、柱全部缺失，建筑分為東、西兩個(gè)塔樓，層26，27樓面用跨度16.8m的鋼梁重新連為一體。28層采用半敞開輕質(zhì)屋面。
更多精彩內(nèi)容敬請關(guān)注《建筑結(jié)構(gòu)》2013年第21期（11月上）。
