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摘  要：廣東塑料交易所總部大樓建筑外形呈立放的巨型玉璧，采用斜撐框架+核心筒+轉換桁架受力體系；斜撐框架為箱型截面，復雜節點(diǎn)多桿件匯交而成，由于板件正斜、交錯的密集布置，存在工廠(chǎng)焊接不可達，現場(chǎng)施工灌漿難密實(shí)等不利因素；本文在對斜撐框架復雜節點(diǎn)的工藝性分析的基礎上，進(jìn)行了焊接結構優(yōu)化以滿(mǎn)足工藝性的要求，形成一定的經(jīng)濟性；并通過(guò)有限元分析驗證了節點(diǎn)承載力。
關(guān)鍵詞：斜撐框架  復雜節點(diǎn)  焊接結構優(yōu)化  工藝性  經(jīng)濟性  有限元分析

1．工程概況

廣東興業(yè)國際倉儲項目科研主樓主體工程建筑外形呈立放的巨型玉璧，外徑146.6m，內徑47m，寬28.8m，總高度138m。結構形式為鋼支撐框架+鋼筋混凝土核心筒混合結構，由核心筒、外斜撐框架、轉換桁架和外伸剛臂、內鋼框架和鋼梁+混凝土組合樓蓋等組成，前三者構成了本工程主要受力結構，見(jiàn)圖1。

外斜撐框架共兩榀，由框架柱、鋼斜撐和外環(huán)梁、內環(huán)梁、水平梁組成，見(jiàn)圖2；布置在結構南北兩側，立面投影大致成圓環(huán)

且左右對稱(chēng)?？蚣苤鶠榉戒摴芑炷林?，截面尺寸為日1400x600x14～日1400x800x35、□600x35等；鋼斜撐采用箱型截面

尺寸為□1400x500x50、□500x500x8～35；水平梁截面尺寸為□500x500x8～25；內環(huán)梁和外環(huán)梁均為□1000x500x12。鋼

材材質(zhì)為Q345B，壁厚≥40mm為Q345GJC。

斜撐框架復雜節點(diǎn)由上述構件匯交而成，主要有18種，部分節點(diǎn)在節點(diǎn)區域壁厚加強，主要復雜節點(diǎn)的分布與構造見(jiàn)圖3，根據節點(diǎn)構造的相似性，歸類(lèi)如下：

（1）B、C、E、J節點(diǎn)：鋼斜撐（□1400x500x50）與框架柱（日1400x600x50）匯交形成節點(diǎn)本體，翼板采用X形或Y形的蝶形板；框架梁（□500）和鋼斜撐（□500）交于本體上；柱內灌混凝土。
（2）R節點(diǎn)：兩鋼斜撐（□1400x500x50）匯交形成節點(diǎn)本體，翼板采用X形的蝶形板；框架柱（□600）、框架梁（□500）及轉換桁架（□600）貫于本體上。
（3）K、L、M、V節點(diǎn)：兩鋼斜撐（□500）匯交成X形（翼板為X形的蝶形板）或鋼斜撐（□500）與框架梁（□500）匯交成卄形，通過(guò)箱型牛腿掛于框架柱（□600）。
（4）A、D、H、S、W、X、Z節點(diǎn)：鋼斜撐（□500）、框架梁（□500）、內外環(huán)梁（□1000x500）或轉換桁架（□600）匯交于框架柱（日1400x600）上。
（5）N、P節點(diǎn)：框架柱（□600）、框架梁（□500）、轉換桁架（□600）等匯交于鋼斜撐（□1400x500x50）上。
2．復雜節點(diǎn)焊接結構優(yōu)化原則
本工程斜撐框架節點(diǎn)受力復雜、內部構造復雜、制作工藝復雜、現場(chǎng)施工難度大，通過(guò)對其進(jìn)行工藝性分析，具有下述特點(diǎn)：
（1）節點(diǎn)的構造復雜，內部勁板密集，正斜、交錯的布置形式，形成的內部多腔體、小夾角腔體，現場(chǎng)混凝土澆筑難密實(shí)，實(shí)體工藝試驗也驗證了這一點(diǎn)。
（2）節點(diǎn)內部空間一定，勁板的密集與交錯布置，造成內部施焊空間小，焊接不可達，工廠(chǎng)制作難度大。

（3）節點(diǎn)翼板X、Y形的蝶形板構造，需整板下料，材料利用率低，且節點(diǎn)內部50mm厚勁板Q345GJC-Z25的材質(zhì)要求，未能充分利用材料的強度。
針對節點(diǎn)特點(diǎn)，結合制作工藝、現場(chǎng)施工工藝及節點(diǎn)受力性能，優(yōu)化設計時(shí)必須遵循充分理解原設計意圖，保證節點(diǎn)的承載力，滿(mǎn)足工廠(chǎng)制作和現場(chǎng)施工的工藝性要求的原則，并合理降低工程建造成本，實(shí)現一定的經(jīng)濟性。
（1）合理選擇和利用材料，提高材料的利用率并充分發(fā)揮構件材料的強度。
（2）合理優(yōu)化結構形式，盡量采取簡(jiǎn)單、平直明快的構造形式，滿(mǎn)足工廠(chǎng)焊接可達性和現場(chǎng)灌漿密實(shí)性的工藝性要求，有利于施工的方便性、高效性。
3．復雜節點(diǎn)的焊接結構優(yōu)化設計
3.2.1 斜撐框架A類(lèi)節點(diǎn)
斜撐框架A類(lèi)節點(diǎn)由口1400x600x25鋼柱、四根口500x16斜撐桿及兩根口600x20水平桿件匯交成。內部勁板正斜交錯，板件全熔透焊接施焊難度大，焊接死角多；節點(diǎn)中存在斜向加勁板，灌漿難以密實(shí)，見(jiàn)圖4。
節點(diǎn)優(yōu)化：
（1）該節點(diǎn)四根斜撐桿件受力較小，把斜支撐在節點(diǎn)中的斜向勁板改為水平勁板，主要受力通過(guò)鋼柱傳遞；
（2）節點(diǎn)在斜撐桿件翼緣板位置設置有一道豎向加勁板，該加勁板與鋼柱中間豎向構造勁板間隔僅100mm，考慮到鋼柱中間豎向板為構造勁板，節點(diǎn)區域加勁板較多，故取消鋼柱中間豎向構造勁板。
通過(guò)簡(jiǎn)化內部構造，節點(diǎn)內板件均滿(mǎn)足焊縫可達性，且可以滿(mǎn)足節點(diǎn)灌漿密實(shí)，見(jiàn)圖5。

3.2.2斜撐框架B類(lèi)節點(diǎn)
斜撐框架B類(lèi)節點(diǎn)由口1400x600x50鋼柱、兩根口1400x600x50斜撐桿、兩根口500x16斜撐桿及兩根口600x20水平桿匯交成。

內部勁板厚且正斜交錯，斜厚板全熔透焊接難度大，節點(diǎn)內勁板焊接死角多；節點(diǎn)中加勁板密集，灌漿難以密實(shí)；節點(diǎn)翼緣板

為X型蝶形板，板件下料浪費嚴重，見(jiàn)圖6。

節點(diǎn)優(yōu)化：
1、該節點(diǎn)兩根大斜撐桿件受力較大，鋼柱無(wú)法直接承受斜撐桿上的力。為讓上部斜撐桿上的力能直接而有效的傳遞到下部斜撐桿

上，在斜撐桿及豎向鋼柱中增加兩道50mm厚豎向勁板，斜撐桿上的力由增加的豎向加勁板有效的傳遞到下部構件上。 
2、取消斜撐桿在鋼柱中的加勁板，僅保留水平桿件在節點(diǎn)中的水平加勁板，保證水平鋼梁水平方向力有效傳遞下滿(mǎn)足現場(chǎng)灌漿施工。
3、取消X型蝶形整板，減少工廠(chǎng)下料損失。
保證結構安全前提下通過(guò)改變及簡(jiǎn)化內部構造，使節點(diǎn)內加勁板件均滿(mǎn)足焊縫要求，且可以滿(mǎn)足節點(diǎn)灌漿密實(shí)，見(jiàn)圖7。
3.2.3斜撐框架M類(lèi)節點(diǎn)
斜撐框架M類(lèi)節點(diǎn)由四根口500x16斜撐桿相交叉并通過(guò)箱型連接桿與口600x16鋼柱匯交成。內部勁

圖8  M類(lèi)節點(diǎn)優(yōu)化前形式

節點(diǎn)優(yōu)化：
1、該節點(diǎn)受力較小且主要受壓，為保證主體斜支撐桿有效傳力，在X型交叉節點(diǎn)中采用豎板傳遞斜支撐所受的力。
2、把X型節點(diǎn)與鋼柱連接的箱型連接桿的加勁板作為主要傳力板件，斜支撐的腹板與之相貫，并在相交位置增設一塊水平勁板傳遞水平力。
3、豎向勁板把節點(diǎn)的X型蝶形整板分開(kāi)為兩塊K型整板，減少工廠(chǎng)下料損耗。
保證傳力合理有效的前提下，簡(jiǎn)化結構形式，保證板件焊接可達性并減少焊縫重疊，從而減少應力集中，見(jiàn)圖9。

斜撐框架R類(lèi)節點(diǎn)由兩根口1400x600x35斜撐桿、一根口600x16豎桿、兩根口600x20水平桿及一個(gè)轉換

桁架匯交成。內部勁板厚且正斜交錯，節點(diǎn)內勁板焊接死角多；節點(diǎn)翼緣板為X型蝶形板，板件下料浪費

嚴重，見(jiàn)圖10。

1、該節點(diǎn)主要受力構件為兩根斜支撐及轉換桁架構件，在保證主要受力構件不變的情況下減少非主要受力桿

件的加勁板，以簡(jiǎn)化節點(diǎn)形式，使節點(diǎn)滿(mǎn)足工廠(chǎng)組裝工藝要求。

斜撐框架V類(lèi)節點(diǎn)由四根口600x25斜撐桿、一根口600x20豎桿及一個(gè)轉換桁架匯交成，四根斜撐桿組

成的X型節點(diǎn)與豎向鋼柱通過(guò)兩塊豎向勁板連接。內部勁板多特別是轉換桁架伸過(guò)來(lái)的勁板正斜交錯，

節點(diǎn)內勁板焊接死角多，見(jiàn)圖12。

2、采用豎向勁板及水平勁板傳遞斜支撐腹板豎向受力及水平受力，在滿(mǎn)足主要桿件受力情況下簡(jiǎn)化節

點(diǎn)形式，使板件均可焊接。

斜撐框架為本工程受力體系主要組成之一，利用大型有限元分析軟件ANSYS對優(yōu)化后節點(diǎn)的承載力校

核，結果表明優(yōu)化后節點(diǎn)的承載力滿(mǎn)足結構受力需要。以B節點(diǎn)為例，計算結果如圖14

從上圖可以看出，優(yōu)化后在設計荷載下節點(diǎn)區域Von-Mises應力為230Mpa，小于材料屈服強度280Mpa（

節點(diǎn)區域板厚為50mm）；在極限荷載下（2倍的設計荷載）下，優(yōu)化后節點(diǎn)交匯區域應力分別達到324Mpa。

通過(guò)對本工程復雜節點(diǎn)的工藝性分析，有目的、有針對性的進(jìn)行焊接結構優(yōu)化，保證節點(diǎn)承載力的前提下，

解決了本工程復雜節點(diǎn)工廠(chǎng)制作的焊接可達性和現場(chǎng)灌漿難密實(shí)的難題；并提高了材料的利用率，且節點(diǎn)結

構的簡(jiǎn)化提高了施工工效，降低工程成本，確保了復雜節點(diǎn)的工藝性并實(shí)現了一定的經(jīng)濟性。

（浙江精工鋼結構有限公司，浙江紹興  312030）