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    北京首都國際機場專機與公務樓玻璃幕墻工程栓接T型鋼梁結構設計與試驗

    來源:2014年會論文集  作者:劉長龍  日期:2014-1-7
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      摘要:本文介紹了北京首都國際機場專機與公務機樓玻璃幕墻工程栓接T型鋼梁的結構設計,分析了栓接T型鋼梁結構受力特點,采用了非線性有限元計算方法,并通過結構實驗進行了驗證。
      關鍵詞:幕墻結構、栓接T型鋼梁、結構實驗。

      1.工程概況

      北京首都國際機場專機與公務機樓工程位于北京首都國際機場內(如圖1),總用地面積為178222平方米,新建專機與公務機樓面積為6352平方米,地上兩層,局部夾層(詞條“夾層”由行業大百科提供)主體結構形式采用鋼結構。整個專機與公務樓分二期進行,其中一期工程包括專機與公務機樓、交運行李服務樓和停車場服務樓三座建筑及室外道路、廣場、綠化、停車場及室外管線等,二期為公務機停機坪遠期發展用地、附屬設施用地及部分景觀綠化用地。該工程2006年12月建成,2007年6月正式投入使用。

     圖1專機與公務機樓立面效果

      北京首都國際機場專機與公務機樓玻璃幕墻工程幕墻面積約為28000平方米,主要由石材幕墻、鋁合金玻璃幕墻、玻璃采光頂等組成。其中合金(詞條“合金”由行業大百科提供)玻璃幕墻部分支撐結構采用了栓接T型鋼梁結構(如圖2)。

      圖2栓接T型鋼梁節點構造示意圖

      2.結構說明

      專機與公務機樓玻璃幕墻工程采用T型鋼梁作為主要承力體系。施工圖深化設計初始采用焊接T型梁,并要求在加工完成后將焊縫刨平,以保持外觀簡潔,美觀。這種做法,對焊縫的要求很高,必須全熔透,否則會因為焊縫高度降低而對結構的受力產生不利影響。所以這種設計必然導致工藝復雜,施工周期長。為了保證進度,同時又不影響外觀。將焊接T型梁改為栓接T型梁。T型梁翼緣和腹板采用大六角頭8.8級M8高強螺栓(詞條“高強螺栓”由行業大百科提供)連接,間距300mm,加勁板兼平面(詞條“平面”由行業大百科提供)外栓接T型橫梁連接板每1200mm一塊(具體布置參見圖3)。這樣變更后,T型鋼梁加工速度快,外觀更簡潔。但其受力性能需要經過試驗和理論分析驗證。

     

      圖3栓接T型鋼結構布置圖

      3.材料性質

      栓接T型梁的主體結構采用Q235(詞條“Q235”由行業大百科提供)鋼,其材料的本構關系曲線見圖4(a)。螺栓采用8.8級M8高強螺栓,有效截面直徑6.827mm。有效截面面積S=36.587mm2。該類螺栓的抗拉,抗剪強度檢測值分別為:Ft=32.67KN;Fv=25.83KN。所以根據《鋼結構設計規范(GB50017-2003)》,其屈服強度為:fu=32.67/36.587×1000=892.94Mpa;抗拉強度設計值ft=fu/2=446Mpa;抗剪強度(詞條“強度”由行業大百科提供)設計值fv=Fv/s/2.5=282Mpa。該螺栓經測試滿足規范規定的抗拉強度(詞條“抗拉強度”由行業大百科提供)設計值ftb=400n/mm2;抗剪強度設計值fvb=250N/mm2的要求。螺栓由于是高強鋼,其本構關系采用雙折線模型,見圖2(b),曲線強化段Es=0.03E。結構計算采用美國CSI公司的結構設計(詞條“結構設計”由行業大百科提供)軟件Sap2000進行結構的初步分析。采用美國ANSYS公司著名的通用有限元分析軟件ANSYS進行詳細的三維結構有限元分析。

      圖4鋼材應力(詞條“應力”由行業大百科提供)應變關系曲線

      4.結構分析荷載

      4.1標準荷載

      北京地區基本風壓:0.45KN/m2;抗震設防烈度:8度(0.20g);地面粗超度:B類;風荷載體型系數:1.2;玻璃橫向網格為1.548米, 設計標高10.6米。T型鋼為連續梁,總長10.04米,一層跨度5.17米,二層跨度4.89米。

      幕墻構件自重標準值:Gks=0.8 KN/m2

      4.2荷載計算

      單根T型鋼重力方向荷載:Gkt=1.2×1.548×10.04×0.8=14.92KN.

      4.2.1風荷載計算

      標高為10.600m處風荷載計算:

      Wk=βgz×μz×μs×W0 (GB50009-2001)

      式中:Wk---作用在幕墻上的風荷載標準值(kN/m2),方向垂直于板面;

      βgz---10.600m高處陣風系數(按B類區計算);

      μf=0.5×(10.600/10)-0.16=0.495;

      βgz=0.89×(1+2×0.495)=1.772;

      μz---10.600m高處風壓高度變化系數(按B類區計算),μz=(10.600/10)0.32=1.020;

      μs---風荷載體型系數,取1.200

      Wk=βgz×μz×μs×W0

      =1.772×1.020×1.200×0.450

      =0.976 kN/m2

      計算值小于1.0kN/m2,取Wk=1.0kN/m2 (JGJ 102-2003 5.3.2)

      4.2.2水平地震作用計算

      qEK=βE×αmax×Gks (JGJ102--2003 5.3.4)

      式中:qEK---水平地震作用標準值(kN/m2),方向垂直于上翼緣表面;

      qEK=βE×αmax×Gks

      =5.0×0.16×0.8

      =0.640 kN/m2

      4.2.3水平向荷載組合

      qK:荷載組合標準值(kN/m2);

      q:荷載組合設計值(kN/m2);

      風載:組合系數1.00,分項系數1.40;

      地震荷載:組合系數0.50,分項系數1.30;

      qK=1.00×1.000+0.50×0.64=1.32 kN/m2

      q=1.00×1.40×1.000+0.50X1.30×0.64=1.815 kN/m2

      4.3工況組合

      剛度工況:

      工況1 1.0恒載+1.0風載+0.5地震荷載

      強度工況:

      工況2 1.0恒載+1.4正向風載+0.5×1.3地震荷載

    建設單位: 北京首都國際機場擴建指揮部 工程地點: 北京首都國際機場內 設計單位: 中國航空工業規劃設計研究院 建筑高度:33m 幕墻面積:46800m2 幕墻類型:鋁合金玻璃幕墻、鋁板

      工況3 1.0恒載+1.4負向風載+0.5×1.3地震荷載

      5.結構初步分析及試驗設計

      5.1結構初步分析

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    原文地址:http://www.52mqw.com/info/2014-1-7/36093-1.htm
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