4m跨度钢结构组合楼盖典型节点的设计及有限元分

4m跨度钢结构组合楼盖典型节点的设计及有限元分析

摘  要：通过对一种新型的超规范大跨度钢桁架混凝土组合楼盖的典型复杂节点进行设计和有限元分析，在规范推荐的节点构造基础上提出了一种新型的用于大跨度组合楼盖的节点构造形式，有限元分析结果表明：此种节点构造形式具有良好的受力性能和足够的安全度。

关键词：组合楼盖；典型节点；有限元分析

    随着我国城市化进程的加速，大跨度钢结构和组合结构层出不穷，而节点设计一直是大跨结构设计中的重要环节，节点设计是否得当对整个结构的安全性、抗震性和整体性有着直接的影响，因此选择合理的节点构造形式使节点具有足够的极限承载力和安全度就显得格外重要。传统的钢管结构中节点的形式主要有钢管相贯节点、焊接空心球节点和螺栓球节点，其构造形式及理论分析都比较成熟，而对于由H型钢构成的大跨度钢桁架一混凝土组合楼盖，采用何种节点构造形式才能使节点在有足够安全度的情况下达到用钢量省和施工方便是亟待解决和需要深入研究的问题。

l  工程概况
    南通市体育会展中心为江苏省第16届省运会的主要竞技场馆，该体育馆二楼网球练习场为一45 m×54 m的大跨度楼盖，整个楼盖内部无竖向支承，楼面结构通过滑动铰支座支承于混凝土框架梁上。由于该楼盖结构跨度达到45 m(已超出规范小于40 m的规定130)、结构高度小(要求小于1．7 m)、使用荷载高(约为10 kN／m。)。显然通常意义的楼盖无法满足上述这种大荷载、大跨度、小结构高度的苛刻要求。本工程在经过多种结构方案的技术、经济指标对比论证的基础上最终选用了新颖的双向正交钢桁架一混凝土组合结构体系(图1)，桁架上下弦杆及斜腹杆都采用易于焊接连接的H型钢，竖腹杆采用无缝钢管，桁架上铺厚100 mm钢筋混凝土楼面板，结构高度为1．67 m，跨高比达27。混凝土楼盖与上弦杆采用栓钉连接(图2)，桁架的节点全部为刚接。

    对于这种新型的大跨度双向正交钢桁架一混凝土结构体系的节点设计，国内没有同类工程可以参考，且由于节点处的汇交杆件多、节点受力大，普通的钢板节点远远不能满足设计要求，故需寻求合理的节点构造形式在满足安全、经济、且方便施工的基础上有足够的安全度以满足“强节点弱构件”的设计要求。限于篇幅本文选取了楼盖中部主桁架中杆件受力最大、汇交杆件最多(达9根)的下弦端部节点为典型节点进行设计和分析，其他部位的节点采取了类似的构造措施。