主人口部位屋面玻璃采光頂、弧形玻璃立面以及玻璃挑檐通過一條Z形圓滑過
渡弧線連成一體,玻璃挑檐下方是主入口臺階,風可以進入弧形玻璃立面內側,而且弧形玻璃立面及采光頂兩側與主體結構有一定的間隙,可透風釋壓。z形鋼架上端與屋頂主體鹼結構柱鉸接連接,下端拐點處與主體硅結構柱頂鉸接連接。Z形鋼架間隔4.2m布置一榻,下端六根主體鹼結構柱間距分別為8.4m、15m、16.8m,16. 8m、15m、8.4m,主體結構柱之間布置一排8[70 x 600 x 25箱形主鋼梁,不在結構柱部位的Z形鋼架下端與箱形主梁鉸接連接。具體鋼結構布置詳見下圖所示。
由于該幕墻鋼結構造型復雜,而且下端和內側都可透風,風荷載取值比較復雜,所以委托北京大學力學與工程科學系空氣動力學實驗室對該部位做了風荷載風洞模擬實驗。目前,通過正確的風洞模擬實驗仍然是獲得不規則形狀建筑物或結構物風荷載體形系數的有效手段,不過,我們還應根據建筑結構荷載規范進行局部修正和調整。
在對各部位體型系數研究中,得知弧形立面、頂面的風洞實驗數據與荷載規范數據非常接近。而挑檐部位,在迎風面情況下,下方氣流可以進人弧形玻璃立面內側,上方氣流對挑檐有向下的壓力,所有風洞實驗報告中,迎風面情況下Cp=0.45(向下),我們綜合分析后取Cp=0.5計算。在背風面情況下,氣流對挑檐主要是向上的力,風洞實驗報告中Cp=-0.12,往往雨蓬向上的風荷載會比較大,但考慮到該挑檐下方透風,所以取Cp=-1.0
2.鋼結構受力分析計算
2.1整體結構概念設計
在鋼結構設計的整個過程中應該強調”概念設計,它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規范未規定的問題,可依據從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的設計思想,從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。在物流主人口大鋼結構設計中,整體結構概念設計我們是按如下幾個步驟考慮分析的:
(1)對鋼結構系統進行整體分析,確定力的傳遞路線及鋼件的布置原則。由于下端主體結構住間距較遠,最大間距為16. 8m,而Z形鋼架間距為4.2m,所以,首先在主體硅結構柱頂布置一排800 x 600 x 25mm箱形主鋼梁,用來支撐Z形鋼架的下支座點。
(2)Z形鋼架上端與屋頂主體硅結構梁鉸接連接,下端與主體結構柱頂或者柱間箱形主鋼梁鉸接連接。考慮到柱間鋼梁跨度較大,Z形鋼架下端如果采用固端連接必然會對鋼梁產生很大的扭矩,所以采用鉸接連接,而且鉸接支座高度盡量做到最小,使下支座反力對鋼梁扭轉的力臂減小。
(3)對Z形鋼架截面反復優化,采用圓管析架、方管柑架、實腹式H型鋼以及箱形截面對比分析計算。
A、彬架形式受力最合理,用鋼量少,但占空間太大,效果不理想。
B、實腹式截面截面會稍大一些,但占空間小。由于桿件主要是彎矩起控制作用,采用H型截面受力合理,但H型內側面交點容易積灰,而且H型鋼連接處較復雜,對該部位而言效果不理想。采用箱形截面受力合理,翼緣根據計算加厚,連接部位簡潔,外形美觀。
所以經過反復比較分析后,主要構件Z形鋼架截面采用150 x 450 x 12 x 25mm箱形截面,橫向次鋼梁采用100 x150 x5鋼通。
2.2采用軟件分析計算
由于結構形式復雜,為了保證計算結果的準確性,我們采用了5AP2000和Rabat兩個大型有限元分析軟件進行計算比較,經過軟件多次調試計算、手算校核對比后,最終計算結果整理如下:
(1)次鋼梁受力較小,采用學Q235B材質的鋼材,由于幕墻連接m要最終選用100 x150、5mm鋼方通,最大應力為103.845N/mm2<215N/mm2。
(2) 2形主鋼架受力較大,采用Q345B材質的鋼材,選用150 x 450 x 12 x 25mm箱形截面,最大應力為242. 452N/mm2,<295NImm2。
(3)在Z形鋼架拐點部位,彎矩比較大,所以加大箱形截面高度,采用弧線圓滑過
渡,既提高了拐點強度而且效果美觀。
(4)在模態振形分析時,結構側向穩定性比較薄弱,所以在頂面兩側部位,增加兩個交叉斜拉桿,保證鋼結構側向穩定性。
(5)對各種工況組合分析后,1. 2鋼結構自重+1. 2面板及遮陽構架自重+1.4正風
壓+0.98活荷載為最不利荷載基本組合工況,桿件應力達到最大。
(6)在標準組合工況中,鋼結構自重+面板及遮陽構架自重正風壓為最不利標準組合工況,結構撓度變形達到最大。
最不利標準組合工況下結構變形示意圖:〔圖為實際變形情況50倍示意) 3.鋼結構局部連接