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第 卷 第“ 期建筑结构 年“ 月 钢结构在仿古建筑中的应用 徐珂王雷 （北京华特钢结构设计研究中心 “ ） ［提要］ 北京菖蒲河公园服务设施工程为钢结构仿古建筑， 是钢结构在新领域的探索和尝试。较详细地阐述 了在钢结构方案设计阶段铰接柱脚与刚接柱脚、 门式刚架模型与普钢模型的计算结果比较、 梁柱接头特殊节 点的处理方法等， 可供类似工程设计参考。 ［关键词］ 钢结构仿古建筑门式刚架钢框架节点 , - 0 / , - / * - ’ , 1 - 1 * ，, 7 ’ , - ’ 1 0 1 * - 1 * , / 9 9 0 , 1 3 * / 0 , 1 ’ / * - ’ , 1 - 1 * , 8 7/ , AB ， 柱底水平剪力也比结构形式减 小了, （见表） 。由此确定的梁柱截面尺寸得到 了建筑方面的认可， 同时结构形式使梁柱节点处连 接的可靠性得到了比较好的保证， 使得结构形式的问 题得到了比较圆满的解决。 增加的拉杆有效地解决了结构的位移和变形， 但 梁柱的截面尺寸无明显变化， 因为增加拉梁并没有增 加结构强轴方向的抗侧刚度， 也不能有效地减小梁柱 接头处的弯矩， 所以梁柱截面尺寸没有明显的减小。 /标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 图梁柱节点详图 就用钢量而言， 结构形式“比结构形式增加了拉梁 的用钢量 ／’ “， 但拉梁对限制结构的位移和变形的 作用还是很明显的。 在设计的过程中， 也曾考虑过古建的构架做法， 即 前面所述的举折做法， 并对此进行了结构建模计算。 将每个举折点处的屋面横梁与框架柱和梁上的短柱刚 接， 檩条在平面外方向也与梁上短柱刚接。但计算结 果不能令人满意， 用钢量达到了 ／’ “， 同时屋架 最下部的钢梁截面尺寸达到了 *“ ， 使得室内 的净空减小， 还会增加现场施工难度， 减缓施工进度， 所以没有采用此方案。 三、 节点设计 斜梁与柱的连接节点 初步设计阶段考虑用门式刚架的梁柱节点即端板 连接的形式。但经过和建筑方面探讨后发现， 端板连 接不能满足古建的基本要求， 会使梁柱连接处有大量 的螺栓外露， 对建筑效果的影响比较大。后决定采用 梁柱在节点处做成整体， 考虑到梁柱节点的弯矩和剪 力均较大， 刚架斜梁与柱连接采用等强连接， 在弯矩和 剪力较小的梁柱节点根部以上, 处再对屋面斜梁进 行拼接， 拼接节点为栓焊混合连接 （见图） 。拉梁与 刚架用摩擦型高强度螺栓连接， 由于摩擦型高强度螺 栓是以外力克服摩擦面间的摩擦力为承载能力的极限 状态， 因此可以保证在屋面荷载作用下拉梁承受全部 的水平推力。由图中可以看出， 在柱的强轴方向斜梁 与柱在根部连接为一整体， 而在柱的弱轴方向上屋面 斜梁通过剖口焊缝与柱连成整体。在图（-） 中的双坡 屋面的梁柱中间节点处也采取了相似的连接方法， 这 样虽然增加了工厂加工的难度， 但降低了工地安装的 复杂程度， 并且保证了梁柱节点处的连接质量。 “ 檩条与斜梁的连接节点 檩条与屋面斜梁的连接节点遇到的问题要少一 些， 但是与一般梁的铰接做法也有一些差别。建筑师 要求在斜梁顶预留 的檩条高度， 以方便在钢檩上 连接木檩。而钢檩条高多为. ， 这样我们确定了如 图所示的节点形式 将檩条从下翼缘由下向上切去 “ ， 与在斜梁上的两块加劲板用摩擦型高强度螺栓双 剪连接。这样使檩条端部的抗剪强度得到了保证， 同 时满足了建筑方面的要求。 图檩条与斜梁连接节点 工程中还有很多其它的节点做法， 基本为普通节 点做法的改形， 这里不再一一列举。 四、 总结 （） 结构形式的问题。工程的用钢量超过预想很 多， 这主要是柱脚铰接造成的。柱脚铰接使得梁柱接 ,“ 图外露式刚接柱脚 图“外露式铰接柱脚 头处的弯矩在地震作用下增加较多， 如果柱脚设计成 刚接会好很多。这样梁柱的截面尺寸会相应减小， 用 钢量也就会随之下降。笔者对此进行了相应计算， 与 铰接计算结果对比见表。由表中可以看出刚接柱脚 比铰接柱脚节省了 “ ／’ 的用钢量， 还是很可观的。 两种方案均包括 ／’ 的檩条用钢量， 如果排除这 部分， 单独就钢框架而言， 刚接柱脚方案的用钢量为 * ／’ 左右， 尚属正常范畴。但由于建筑尺寸限制， 工程没有采用刚接柱脚。 结构柱脚刚接与铰接计算结果及用钢量比较表 柱脚 形式 梁柱节点 最大弯矩 （ ’） 柱最大轴力 ／最大剪力 （ ） 斜梁最大轴力 ／最大剪力 （ ） 柱 （斜梁） 截面尺寸 用钢量 比较 （ ／’） 刚接 , “ - , . -／ / , , ／/ , “ 0 . .1 “ .11 “ - 铰接 - , / / , *／- . , “ , * -／ . , / -0 .1 .（ . .）1 .（/）1 * （） 檩条与刚架斜梁的连接节点。檩条与刚架斜 梁的连接如果采用刚接会使本工程的框架柱纵向刚度 增加， 侧移减小。同时由于檩条由简支梁变为连续梁， 会使檩条的截面尺寸进一步减小， 节省相应的檩条用 钢量， 但会增加现场安装的难度。 （） 应尽量在可能的地方布置一些柱间支撑， 以增 加房屋的纵向刚度， 房屋的整体性也更好， 同时也可减 少一部分用钢量。 工程于 . . 年国庆节前竣工正式对游人开放。 这项工程是我们在钢结构应用领域里结合古建形式所 进行的一次探索和尝试， 希望可以为类似工程提供一 些有益的参考和借鉴。 致谢 在工程设计过程中得到了建筑师李冀先生 的大力支持与配合， 同时感谢邱国桦总工和熊挺工程 师对本设计的指正 参考文献 ,马炳坚2中国古建筑木作营造技术2科学出版社， * * 2 ,刘锡良， 周学军， 柳峰等2门式刚架轻钢结构设计与施工2山东科 学技术出版社， . . 2 ,李和华2钢结构连接节点设计手册2中国建筑工业出版社， * * 2 （上接第 .页） 括号内为将鸟巢作为空间静定结构， 采用3 4 5 4程序 计算 的 结 果。 跨 中 节 点的 挠 度 按 本 文 方 法 为 “ . / ’’， 按3 4 5 4为“ . - ’’。从中可以看出， 两者的 计算结果完全一致。 算例网架杆件内力计算对比表 （ ）表“ “- “ 6 . - （6 . - ） 6 /* . * （6 /* -） 6 “ （6 / /） 6 * - * （6 * ） 6 - “ （6 - * ） 6 / （6 - -） 6 / （6 - -） 6 . - （ . - ） /* . * （ /* -） “ （ / /） * - * （ * ） - “ （ - * ） / （ - -） -. “ （ -. /） （ *） “ （ “ ） / “ （ / “） / （ / ） . （ . ） . （.） 6 6 / （6 / ） 6. - （6. - ） 6“ （6“ ） 6* - （6* - ） 6- - （6- -） 6 - （6 -） 注 竖杆的最终内力要乘以。 七、 结语 通过本文的研究可得到如下结论 （） 圆形平面的鸟巢形网架可由同一跨度、 同一规 格的平面桁架系组成。 （） 对于周边简支的鸟巢形网架， 组成网架的任一 平面桁架乃至整个网架是静定的， 在轴对称荷载作用 下， 只要分析计算任一平面桁架的内力和挠度， 便可知 道整个网架的内力和挠度及其分布规律。 （） 文中提供的计算方法、 计算公式， 适用于，’ （’／） 为任意整数的简支7 ’型网架。 （-） 对常用的周边为 ， .， -点支承的7 ’ 型简支网架， 编制了在均布荷载和内环集中荷载两种 工况下网架杆件内力计算用表共/套， 以便应用。 （） 提供的分析方法、 计算公式和内力计算用表是 精确解， 即使手头暂时没有网架计算软件和计算机， 也 能比较方便地设计计算7 ’型网架结构， 特别是 在初步设计时， 可以快速用手算得知7 ’型网架 的内力大小及其分布规律。 参考文献 ,龙驭球， 包世华2结构力学教程2高等教育出版社， * / /2 ,网架结构设计与施工规程 （8 9 8 “* ）2中国建筑工业出版社， * * 2 *标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载