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▲ 復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)典型實(shí)例

復(fù)雜空間建筑結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)介入之前，建筑通常會(huì)有三維的SU模型或者犀牛模型配合建筑的平立剖面圖作為項(xiàng)目的表達(dá)。而結(jié)構(gòu)建模時(shí)，依據(jù)其三維模型來(lái)布置空間桿件，考慮到后期模型和出圖的準(zhǔn)確性，需要建筑給出較為精確的三維模型，同時(shí)需要給出結(jié)構(gòu)中心線組成三維表面。下面以某售樓中心為例介紹復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的建模、分析和出圖過(guò)程。首先預(yù)估幕墻的厚度，將建筑外皮整體內(nèi)偏300mm即為結(jié)構(gòu)中心線表皮（預(yù)估結(jié)構(gòu)管件大小在∅200左右）。

將此SU模型導(dǎo)出到DXF，通過(guò)CAD打開(kāi)后進(jìn)行線框模型的建立。

將此SU模型導(dǎo)出到DXF時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1）導(dǎo)出dxf模型時(shí)應(yīng)附加建筑外表皮以及內(nèi)表皮，以確定屋蓋結(jié)構(gòu)模型不與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，且不超出建筑外立面；

2）dxf模型應(yīng)附加上相應(yīng)的建筑軸網(wǎng)，并與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置完全正確，如下圖為建立好以后的結(jié)構(gòu)三維線框模型；

▲ 結(jié)構(gòu)三維線框模型

3）將整體模型及軸網(wǎng)、主體結(jié)構(gòu)等以某一個(gè)明確的且離模型較近的點(diǎn)作為模型的原點(diǎn)移動(dòng)到CAD圖中的原點(diǎn)位置（一般選在整個(gè)模型的左下角，主軸網(wǎng)交點(diǎn)處，Z向原點(diǎn)相對(duì)于建筑的實(shí)際標(biāo)高根據(jù)實(shí)際確定），后期出圖時(shí)會(huì)給出節(jié)點(diǎn)、桿件相對(duì)于這個(gè)原點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)作為圖紙的三維空間表達(dá)；

4）將建立好的三維線框模型另存dxf，導(dǎo)入到midas/gen模型中進(jìn)行材料構(gòu)件定義、結(jié)構(gòu)分析。

 1、自重應(yīng)定義在恒載中，自重系數(shù)根據(jù)情況取≥1.0。當(dāng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處采用少量的焊接球或螺栓球時(shí)一般取為1.1，對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)較多時(shí)自重系數(shù)一般取為1.2，同時(shí)注意自重系數(shù)的方向，如圖中為豎直向下，即重力方向；

 2、定義荷載工況，根據(jù)需要定義荷載工況如右圖所示，荷載組合可先采用軟件自動(dòng)組合，基本能按荷載規(guī)范的要求將基本的恒載、活載，風(fēng)荷載，地震等進(jìn)行組合，但溫度荷載不能自動(dòng)組合，需要自動(dòng)生成后進(jìn)行手動(dòng)組合，空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載需要根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)或者經(jīng)驗(yàn)得出的體型系數(shù)，換算成風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，再采用面荷載加到結(jié)構(gòu)中去；

 3、復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)補(bǔ)充時(shí)程分析和屈曲分析，特征值屈曲系數(shù)一般不小于15，這時(shí)通常情況下非線性屈曲系數(shù)不會(huì)小于4.0；

 4、結(jié)果查看時(shí)主要查看以下幾個(gè)方面：

1）周期振型是否有異常。

2）變形是否滿(mǎn)足要求。

3）查看應(yīng)力是否滿(mǎn)足要求。

4）構(gòu)造條件是否滿(mǎn)足要求。

1）焊接空心球節(jié)點(diǎn)

焊接空心球是將按設(shè)計(jì)要求確定的兩塊圓鋼板經(jīng)過(guò)熱壓或冷壓加工成兩個(gè)半圓球殼、再對(duì)接焊接成一個(gè)整體。焊接空心球分為無(wú)肋空心球和有肋空心球，其中有肋空心球?yàn)樵谇驓?nèi)部增設(shè)環(huán)形加勁板。有肋空心球又可分為單肋空心球和雙肋空心球，雙肋空心球又分為平行或十字交叉雙肋空心球。

焊接空心球設(shè)計(jì)時(shí)主要先預(yù)估焊接球的外徑、壁厚以及加勁肋的厚度，整體結(jié)構(gòu)分析完成后通過(guò)讀取桿件內(nèi)力再驗(yàn)算是否滿(mǎn)足要求。

2）相貫焊節(jié)點(diǎn)

相貫焊節(jié)點(diǎn)是指管件之間沿著相貫線進(jìn)行的無(wú)縫焊接，相貫線通常采用數(shù)控機(jī)床切割相交桿件所得，需注意區(qū)分主管與支管。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)管件相交夾角較小時(shí)，相貫線會(huì)有很長(zhǎng)相交范圍，與軟件計(jì)算假定不符，此時(shí)相貫焊節(jié)點(diǎn)應(yīng)做加強(qiáng)處理，例如在相交面增加中間肋板、相交段范圍內(nèi)增加加強(qiáng)套管等。相貫焊節(jié)點(diǎn)的分析與設(shè)計(jì)在《空間網(wǎng)格技術(shù)規(guī)程》中有詳細(xì)介紹。

▲ 相貫焊節(jié)點(diǎn)

3）鑄鋼節(jié)點(diǎn)

鑄鋼節(jié)點(diǎn)主要用于受力大，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜的重要性節(jié)點(diǎn)。鑄鋼節(jié)點(diǎn)受力性能好，節(jié)點(diǎn)可靠度高，但是需要提前定制模具，施工周期較長(zhǎng)且經(jīng)濟(jì)性差，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮。

▲ 鑄鋼節(jié)點(diǎn)

4）銷(xiāo)軸節(jié)點(diǎn)

銷(xiāo)軸節(jié)點(diǎn)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確，能夠理想的實(shí)現(xiàn)鉸接連接等優(yōu)點(diǎn)，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。

常用有限元分析軟件主要有ansys、abaqus以及midas/gen等。Ansys建模精度要求最高，很小的誤差或者設(shè)置不符合軟件的要求均計(jì)算不出結(jié)果；abaqus建模要求相對(duì)較低，一般都能算出結(jié)果，但需要設(shè)計(jì)人員自己判斷結(jié)果的正確性，且有軟件界面友好，學(xué)習(xí)相對(duì)簡(jiǎn)單；midas/gen的分析功能不如前兩個(gè)軟件強(qiáng)大，用到的也相對(duì)較少。

此項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)圖紙如圖所示，除了傳統(tǒng)“圖紙目錄”、“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明”以及“預(yù)埋件布置圖”和“節(jié)點(diǎn)詳圖” 外，增加了“結(jié)構(gòu)三維軸測(cè)圖”、“結(jié)構(gòu)俯視圖”、“支座節(jié)點(diǎn)編號(hào)圖”、“節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表”以及“桿件編號(hào)表”。

結(jié)構(gòu)三維軸測(cè)圖和結(jié)構(gòu)俯視圖需要在建立完結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型后才能給出，cad三維實(shí)體圖中應(yīng)包含的內(nèi)容有：

1）各個(gè)桿件的截面規(guī)格；

2）需要增加球節(jié)點(diǎn)的位置和大?。?/span>

3）支座節(jié)點(diǎn)信息。

實(shí)際建立三維模型時(shí)一般將桿件規(guī)格作為圖層的名字并以不同的顏色加以區(qū)分，桿件的大小按實(shí)際規(guī)格建立，整個(gè)模型與建筑的相對(duì)位置與項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)保持一致，包括標(biāo)高。焊接球按實(shí)際規(guī)格建立，規(guī)格作為圖層的名字，也用顏色區(qū)分。構(gòu)件大小、球節(jié)點(diǎn)大小以及相對(duì)位置如果都和項(xiàng)目實(shí)際一致就很容易進(jìn)行碰撞檢查，并能給甲方以及施工單位直觀感受，便于施工和項(xiàng)目呈現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型建立時(shí)，可用MIDAS分步導(dǎo)出構(gòu)件中心線，然后再分別指定圖層和構(gòu)件規(guī)格，并通過(guò)放樣確定增加焊接球的位置及大小，并用CAD放樣出結(jié)構(gòu)支座的相關(guān)做法。實(shí)體模型完成后可用于生成結(jié)構(gòu)三維軸測(cè)圖以及俯視圖或立面圖，并能給設(shè)計(jì)師直觀感受，是否符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)實(shí)體模型可用于加工廠構(gòu)件加工，施工單位施工參考以及對(duì)甲方的項(xiàng)目展示。

注意：焊接球的位置和大小應(yīng)在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表中給出。

繪制節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表以及桿件編號(hào)表時(shí)應(yīng)注意：

1）這部分內(nèi)容應(yīng)放在三維實(shí)體模型以及其余二維圖紙基本完成后繪制，如后期有改動(dòng)，返工量較大；

2）下圖的節(jié)點(diǎn)分布圖以及桿件分布圖應(yīng)與結(jié)構(gòu)三維實(shí)體模型和相應(yīng)表格一一對(duì)應(yīng)，如節(jié)點(diǎn)處是否有焊接球，焊接球的大小都需對(duì)應(yīng)并與實(shí)際相符；

3）節(jié)點(diǎn)分布圖、桿件分布圖較多時(shí)可以分部給出，避免表達(dá)不清楚，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)或桿件有變化時(shí)可只改相應(yīng)位置，其余位置不改變，否則工作量太大。

來(lái)源：鋼結(jié)構(gòu)

組委會(huì)聯(lián)系方式 

項(xiàng)目一組

盧毅                                        殷鋒  

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項(xiàng)目二組 

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