清华科技园科技大厦钢树结构设计和施工.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 清华科技园科技大厦钢树结构设计和施工 王波 刘廿生 谢应鹏 (中国京冶建设工程承包公司，北京100088) 摘要： 本文介绍了清华科技园科技大厦钢树结构的设计、加工及现场安装过程，为异型钢结构的设计与施工提 供了参考。 关键词： 钢树，异型钢结构 一、工程概况 清华科技园科技大厦钢树结构建造在大厦四座楼中间的二层平台上，由12棵钢树单元组成。每个钢 树单元由斜交与正交主干、弧状跨梁及连接其上的圆钢枝管组成。整个结构从平台起高度为18．19m。12 焊接箱型构件，枝干向8个方向延伸，与主干进行斜交及正交；树冠为一长方形，长12米，宽9．7米。钢 柱柱脚板与预埋锚板四边满焊连接。钢树主体枝干、柱脚板均为Q345B钢，枝管为Q235钢，现场单根构 件最大重量为7t，结构总用钢量约为475t。 二、工程特点及难点 本设计是在清华大学建筑设计研究院方案基础上进行的深化设计。由于结构形式复杂，均为箱型渐变 截面，设计中采用通用有限元软件ANSYS进行分析。图l为单棵树的有限元计算模型。由于该结构为不 上人建筑，主要承受自重及风荷载，计算分析了在恒载、风载及地震作用下的内力和变形。为研究节点受 力状态，分别以梁单元、shell单元、体单元对薄弱部位进行分 析。结果显示均能满足承载力极限状态和正常使用极限状态的 要求。 该结构构件截面复杂多样，主要构件规格如下： 1．钢树构件：钢树正交主干、斜交主干及斜交主干钢拱均为变 截面箱形截面； 2．边梁构件：边梁为箱形截面，尺寸为：280×200×20×10； 3．缀条构件：①42．3×3焊接钢管。 钢结构的加工制作中存在如下困难： 1．钢树板件弧线精度要求很高，需采用数控切割； 2．弧形构件钢板下料排板困难，极易造成较大的浪费； 3．由于钢板长度、加工运输以及现场安装条件的限制，设置了 多处分段，均为焊接连接。部分为加工厂拼接，其余为现场安 装焊接，对焊接工艺要求很高，易产生较大的焊接残余应力和 焊接变形；现场高空对接焊缝为二级焊缝，对焊工技能要求高。 图1钢树有限元计算模型 4．枝管与枝干为空间连接，两端切口角度及相对转角均不相同， 5000余根枝管切割时需要长度、角度、转角多参数控制。 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 由于首层顶板承受能力有限，大型起重设备不能直接坐于其上。因此使得构件的水平运输及垂直吊装 均不能借助机械起重设备进行，安装难度很大。安装过程中钢树枝干不能形成稳定的单元，必需采取相应 技术措施加以控制。高空散装时，要搭设满堂脚手架，安装精度控制难度较大。 钢结构制作与／j口-r (一)技术要求 1345—89的标准要求，并出具探伤报 所有接料焊缝均为I级熔透焊缝，并符合GB50205．2001和GBl 告。钢树斜交主干的柱脚与柱底板采用箱内加垫板坡口熔透II级焊缝。钢树树干及树冠的为角焊缝，10mm 斜交大枝采用