主人口部位屋面玻璃采光顶、弧形玻璃立面以及玻璃挑檐通过一条Z形圆滑过
渡弧线连成一体,玻璃挑檐下方是主入口台阶,风可以进入弧形玻璃立面内侧,而且弧形玻璃立面及采光顶两侧与主体结构有一定的间隙,可透风释压。z形钢架上端与屋顶主体硷结构柱铰接连接,下端拐点处与主体硅结构柱顶铰接连接。Z形钢架间隔4.2m布置一榻,下端六根主体硷结构柱间距分别为8.4m、15m、16.8m,16. 8m、15m、8.4m,主体结构柱之间布置一排8[70 x 600 x 25箱形主钢梁,不在结构柱部位的Z形钢架下端与箱形主梁铰接连接。具体钢结构布置详见下图所示。
由于该幕墙钢结构造型复杂,而且下端和内侧都可透风,风荷载取值比较复杂,所以委托北京大学力学与工程科学系空气动力学实验室对该部位做了风荷载风洞模拟实验。目前,通过正确的风洞模拟实验仍然是获得不规则形状建筑物或结构物风荷载体形系数的有效手段,不过,我们还应根据建筑结构荷载规范进行局部修正和调整。
在对各部位体型系数研究中,得知弧形立面、顶面的风洞实验数据与荷载规范数据非常接近。而挑檐部位,在迎风面情况下,下方气流可以进人弧形玻璃立面内侧,上方气流对挑檐有向下的压力,所有风洞实验报告中,迎风面情况下Cp=0.45(向下),我们综合分析后取Cp=0.5计算。在背风面情况下,气流对挑檐主要是向上的力,风洞实验报告中Cp=-0.12,往往雨蓬向上的风荷载会比较大,但考虑到该挑檐下方透风,所以取Cp=-1.0
2.钢结构受力分析计算
2.1整体结构概念设计
在钢结构设计的整个过程中应该强调”概念设计,它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。在物流主人口大钢结构设计中,整体结构概念设计我们是按如下几个步骤考虑分析的:
(1)对钢结构系统进行整体分析,确定力的传递路线及钢件的布置原则。由于下端主体结构住间距较远,最大间距为16. 8m,而Z形钢架间距为4.2m,所以,首先在主体硅结构柱顶布置一排800 x 600 x 25mm箱形主钢梁,用来支撑Z形钢架的下支座点。
(2)Z形钢架上端与屋顶主体硅结构梁铰接连接,下端与主体结构柱顶或者柱间箱形主钢梁铰接连接。考虑到柱间钢梁跨度较大,Z形钢架下端如果采用固端连接必然会对钢梁产生很大的扭矩,所以采用铰接连接,而且铰接支座高度尽量做到最小,使下支座反力对钢梁扭转的力臂减小。
(3)对Z形钢架截面反复优化,采用圆管析架、方管柑架、实腹式H型钢以及箱形截面对比分析计算。
A、彬架形式受力最合理,用钢量少,但占空间太大,效果不理想。
B、实腹式截面截面会稍大一些,但占空间小。由于杆件主要是弯矩起控制作用,采用H型截面受力合理,但H型内侧面交点容易积灰,而且H型钢连接处较复杂,对该部位而言效果不理想。采用箱形截面受力合理,翼缘根据计算加厚,连接部位简洁,外形美观。
所以经过反复比较分析后,主要构件Z形钢架截面采用150 x 450 x 12 x 25mm箱形截面,横向次钢梁采用100 x150 x5钢通。
2.2采用软件分析计算
由于结构形式复杂,为了保证计算结果的准确性,我们采用了5AP2000和Rabat两个大型有限元分析软件进行计算比较,经过软件多次调试计算、手算校核对比后,最终计算结果整理如下:
(1)次钢梁受力较小,采用学Q235B材质的钢材,由于幕墙连接m要最终选用100 x150、5mm钢方通,最大应力为103.845N/mm2<215N/mm2。
(2) 2形主钢架受力较大,采用Q345B材质的钢材,选用150 x 450 x 12 x 25mm箱形截面,最大应力为242. 452N/mm2,<295NImm2。
(3)在Z形钢架拐点部位,弯矩比较大,所以加大箱形截面高度,采用弧线圆滑过
渡,既提高了拐点强度而且效果美观。
(4)在模态振形分析时,结构侧向稳定性比较薄弱,所以在顶面两侧部位,增加两个交叉斜拉杆,保证钢结构侧向稳定性。
(5)对各种工况组合分析后,1. 2钢结构自重+1. 2面板及遮阳构架自重+1.4正风
压+0.98活荷载为最不利荷载基本组合工况,杆件应力达到最大。
(6)在标准组合工况中,钢结构自重+面板及遮阳构架自重正风压为最不利标准组合工况,结构挠度变形达到最大。
最不利标准组合工况下结构变形示意图:〔图为实际变形情况50倍示意) 3.钢结构局部连接