南京金奥大厦巨型斜支撑铸钢节点设计与研究

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1、第七届全国现代结构T程学术研讨会南京金奥大厦巨型斜支撑铸钢节点设计与研究杨奔征舒赣平东南丈学士木工程学院．南京2100蛳摘要：本丰6{据南京金奥大厦巨型斜支撑铸铮』连接节点特点，对葭铸钢节点的选型构造j!!乏模型设计进行了研究，并币』用ANsYs软件对其进行有限元分析．根据分析结果仞步判断该铸钢节点设计的合理性．为对其进行的试验研究提供了弹论基础。关键词：巨型斜支撑。铸钢节点。有跟兀分析1．概况南京金奥大厦位于南京市河西地区，建成后将是一座集酒店、办公、购物、体闵于一体的大型公共设施。其塔楼的占地面积为42m×42m，包括地下两层、地上55层以及顶

2、部高为22m的塔冠，总计232m。整体结构高宽比为5．0(不包括塔冠)，采爿j了钢骨混凝土筒中筒加外部巨型斜向钢支撑的组合结构体系。提供抗例刚度及承受外挂墙体自重的外部巨型斜钢支撑是该结构的一个特色所在，这种类型的多重抗侧力体系属于幽网自刨。图1金奥大腰远景效集图巨型斜支撑起于标高6．80m的地上二层，止于标高23I10m的塔冠顶部。斜支撑截而均为m500×30的圆铡管。斜撑沿高度方向跨越16m，一般为4～5个楼层，且每根等长，长度约为47．76m(轴到轴)，斜支撑立面形式见罔2。斜支撑杆在端部及跨中都与主结构相连，跨中的三个节点约位于四分点处，利

3、用T型铸钢件通过支撑管连于主体结构上；端部的两个节点亦即四根斜撑的交汇点通过采用铸钢件与主结构角部伸出的支撑管相连接。每根斜支撑的计算模型为两端铰接，只承受轴向力，跨中的节点仅用丁保证其侧向稳定。斜掉*点图2典型斜撑立面图图3风荷载作用下剪力分配圄整体结构经有限元软什的分析计算表明，风荷载作用F核心筒、外框筒以及巨型斜支撑所承{：日的剪力工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会分配额见图3所示。由图可见．斜向支撑由下至上承担剪力的份额越来越多，由0增至60％，其抗侧作用由此可见～斑。除此以外，由于结构应满足“小震不坏、中震可修、大震不倒

4、”的抗震能力。所以斜向支撑在频遇、中等地震下应保持弹性；而在罕遇地震下，为了满足多道抗震设防的要求，将斜向支撑作为继内部筒中筒结构后的又一道抗震防线，这是因为钢结构的延性一般较强，可以吸收和消耗人量的地震能量，起到保护内部承重结构框架结构的作用。而巨型斜撑节点!{!IJ成为整个结构体系关键中的关键，为了进一步探究该斜支撑铸钢节点的台理形式及其承载能力，需对其进行详尽的有限元分析与优化设计，并且根据设计单位和业主的要求，进行l：l足尺节点模型试验研究。2．铸钢节点设计及有限元分析2，1铸钢节点的设计铸钢节点主要特点为：1)铸钢节点存厂内整体浇铸，相对

5、其他如焊接钢板、焊接球节点等节点形式而言，可免去相贯线切割及重叠焊缝焊接引起的应力集中：2)铸钢节点具有直好的适应性，节点设计自由度大，可根据建筑需要生产出具有复杂外形和内腔的节点；可按受力状况采用最合理的截面形状，从而改善节点的应力分布；3)铸钢节点的应崩范围广，不受节点位置、形状、尺寸的限制。鉴于上述巨型斜支撑在整个结构体系中的重要性，斜撑端部节点的设计显得尤为重要，巨型斜撑在端部交汇情况见图4所示。由于交汇受力的复杂性和铸钢节点性能的优越性，本节点采用铸钢节点。为了实现斜撑端部平面内为铰接的约束情况，采用了铸钢件及销接连接形式，而节点中心部分

6、采用内部掏空式复杂多面体，其三维效果图见图5，构件主要尺寸见图6。图6中a、b为中心节点铸钢件详图，c、d为钢管铸钢件详图，e为销详图。’土捧铜管节受拉端璺压端图4斜支撑钢管端部交汇点图5铸钢节点E维效果图(a)瞻翠隆工业建筑2007增刊俩图6铸钢节点详图第七届全国现代结构工程学术研讨会图7铸钢节点实体图，铸钢节点设计时，在满足铸造工艺要求的同时，其主要设计基本原则如下：1)铸钢节点必须具有可焊性；2)节点中各肢杆各自中心线宜相交于空间坐标原点，避免产生偏心扭矩；3)为避免节点模型在断面突变处产生过大的应力集中，在断面变化处宜采用圆滑曲面过渡。在铸

7、钢件的材质确定时，为了确保铸钢节点具有良好的性能，要严格控制铸钢的化学成分，尤其注意保证铸钢的可焊性。本工程中的铸钢选用德国标准DINl7J82中的Gs20Mn5，它对材料的C，s，P含量要求很严格，从而保证铸钢节点的机械性能和可焊性，各材料含量见表1，机械性能见表2所示。考虑到模型中销的接触应力会很大，所以对销的材质单独采用40cr’其屈服强度可达780MPa以上。表1铸钢化学成分牌号CSiMnPsC‘Mo“GS20Mn5017—023≤0．06100～l50≤002l≤0．015≤03≤o．15f≤040表2铸钢机械性能铸件壁厚屈服强度抗拉强度

8、延伸率冲击功(J)牌号热处理状态一(mm)(MPa)(％)‘t≤50≥360500一650>24≥70GS20Mn5调质，