福禄葫芦塔结构设计中关键技术问题探究

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1、福禄葫芦塔结构设计中关键技术问题探究　　摘要：本文针对福禄葫芦塔结构设计中的关键技术问题进行了研究，主要对结构体系方案的确定、采用MIDAS计算程序建模分析、主要构件和节点的设计进行了研究，确定了主体结构采用框架结构支撑结构，利用结构内部的旋转楼梯和外圈弧形支撑作为柱子的支撑，增强结构的抗侧刚度，采用CAD三维建模后，将三维模型导入MIDAS中进行计算分析，并利用MIDAS中的优化设计功能进行了结构优化设计，根据MIDAS计算结构，利用PKPM中的工具箱进行了节点设计，本文结论可为相关工程提供参考。中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：引言聊城葫芦岛作为聊城的一个旅游休闲

2、景点，是市政府大力投资开发的重点项目，为了突出葫芦岛的葫芦特色，增强吸引力，更为了表达人们对美好生活的向往，开发商认为“葫芦”的谐音为“福禄”，寓意着富贵吉祥，因此要求在葫芦岛上建立一个葫芦塔，该塔的外型要求必须是葫芦型，外观上有99个大小不同的葫芦组成，以表达对美好生活的向往和寄托，该葫芦外观如图1所示。图1葫芦塔外造型1结构方案的确定5根据葫芦的外观，初步确定采用钢框架支撑体系，采用内圈五根柱，外圈五根柱，结构平面和立面如图2所示。其中内圈柱为直柱，外圈为弧柱[1-3]，作为内圈柱的支撑，为了增强内圈柱的抗侧刚度，使内圈柱内的旋转楼梯间隔一定的高度与内圈柱通过槽钢相连接。考虑到弧

3、形柱和梁不容易加工和制作，因此梁柱截面均采用工字型，这样翼缘可以采用钢板切割制作。初步确定柱的截面尺寸为：，梁截面：。2CAD三维建模由于该模型用PKPM不能建模计算，而SAP2000、ETABS、MIDAS等均不容易建模，因此采用CAD进行三维建模，然后将模型导入到MIDAS中，进行构件的布置和截面的指定，然后加荷，指定边界条件，进行计算分析，最后进行结构设计和优化。CAD三维模型和导入MIDAS中的模型如图3所示。图2结构方案立面和平面图(a)CAD三维模型(b)MIDAS三维模型图3三维模型3计算分析5荷载主要考虑恒荷载、活荷载、风荷载和地震作用，对楼面荷载布置采用MIDAS中

4、的多边形面积的布置方式，其中楼面恒载按1.0（结构自重采用MIDAS自动统计的方法施加），活荷载采用2.5，将荷载施加到结构上后，对模型进行分析，其中梁柱节点均采用刚接，在恒载和活载组合下得出的梁的My结果如图4所示，最大内力在弧梁支座处，最大内力为：3.1可以得出，内力不是很大，初选截面有一定的富裕，结构z向位移如图5所示。最大位移在外圈弧梁的跨中处，最大值为：0.829mm，满足规范[4]要求。由于曲梁的受力比较分析，目前工程应用比较少，而理论研究并未在工程中应用，有兴趣的读者可参考文献[1]的研究成果，本文根据实际工程对该工程中的曲梁进行了局部有限元分析，分析中分考虑和不考虑加

5、劲肋的作用，分析结果表明加劲肋对曲梁跨中位移影响不明显，而对曲梁内力分布影响明显，在不考虑加劲肋作用时，曲梁腹板和翼缘均存在局部应力集中现象，而在考虑加劲肋作用时，曲梁腹板不存在局部应力集中的现象，只在翼缘处存在较小的应力集中现象，分析结果如图6和图7所示。分析结果表明加劲肋能提高曲梁的整体稳定性，避免曲梁局部失稳现象的发生。图4梁柱My图图5梁柱在恒活载组合下的z向位移图6不考虑加劲肋作用时M22方向的力图7考虑加劲肋作用时M22方向的力4结构优化设计5采用MIDAS自带的钢结构优化设计功能对梁柱截面进行优化设计，优化设计采用迭代方式进行，初步设定优化5次，进行优化后的梁柱截面为：

6、。在实际设计中考虑到结构应有一定的安全储备，对梁柱截面均进行了适当加大。5节点设计梁柱节点均采用刚接节点，根据MIDAS的计算结果，利用PKPM工具箱进行节点设计，其主要节点设计如图8所示：（a）节点1（b）节点2图8主要节点6结论本文主要论述了福禄葫芦塔设计的关键环节，从中可以得出如下结论：结合建筑造型和工程需要，建立确定合理的结构方案。对于复杂结构模型可以采用接力的方式建模即初步模型由CAD建模，然后导入通用计算程序中进行局部修改，最终建立起合理的结构模型。本文对曲梁的整体受力进行了局部有限元分析，结果表明加紧肋能起到使曲梁避免应力集中，避免局部失稳现象的发生，且能起到提高曲梁整

7、体稳定性的作用。对通用程序的计算结果进行合理的利用。参考文献1童根树，许强薄壁曲梁线性和非线性分析理论科学出版社200452TimoshenkoSP,GereJM.TheoryofElasticStability.NewYork:McGraw-HillCOInc,1961.3王金明顾海涛I型截面薄壁圆弧曲梁的稳定分析.哈尔滨工程大学学报，2000，21（6）4中华人民共和国国家标准钢结构设计规范（GB50017-2003）20035