某大型商业广场圆形采光顶吊挂试验研究,建筑结构论文.docx

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1、某大型商业广场圆形采光顶吊挂试验研究,建筑结构论文摘 要： 随着玻璃采光顶越来越广泛的应用于建筑屋面, 采光顶形式也越来越多样化, 采光顶构造的安全性也越来越遭到关注。本文介绍了对某商业广场圆形采光顶吊顶进行的吊挂试验, 通过对荷载试验的方案、程序及检测结果进行分析, 得出在吊挂荷载作用下采光顶钢梁挠度与应变的变化情况, 进而为后续施工LED显示屏及广告牌提供根据。 本文关键词语： 采光顶; 荷载试验; 有限元分析; ABAQUS; 1、 工程大概情况 某商业广场圆形采光顶工程主体构造形式为钢筋混凝土框架构造，采光顶采用钢构造支撑，圆形采光顶建筑高度24.8m，主拱梁采用250 150 8 (

2、mm拉弯矩形钢管，次拱梁采用100 6 (mm拉弯矩形钢管，侧面横梁采用100 6 (mm方钢管，环梁为250 150 6 (mm矩形钢管，所有钢材材质为Q235B。钢架间连接采用焊接，焊缝质量等级为二级，钢架与支座的连接采用加强焊接。钢构造现场进行预起拱处理，起拱高度为该处组合荷载产生的挠度值。所有钢架外表需做防锈处理涮防火涂料，钢构造防火等级为一级，耐火时间不小于1.5h。玻璃面板采用隐框式做法固定于钢架上，采用密封性能可靠的现场湿密封系统，密封胶缝宽度为15mm。顶部玻璃规格为TP8 (Low-E双银+12A+8H.S.+1.52PVB+8H.S.中空半钢化夹胶玻璃，四周侧立面玻璃采用T

3、P8双银LOW-E+12A+TP8中空玻璃，室外四周封边采用3mm厚铝单板加100mm厚保温岩棉，内侧采用2.5mm厚铝单板封边。开启扇采用自动开启，消防联动，烟雨感应器等。 本工程场地类别为C类，抗震设防烈度为度，基本雪压为0.35kN/m2，按(建筑构造荷载规范GB50009-2020进行取值。耐久年限：采光顶使用年限25年以上，圆形采光顶外景见图1。 图1 圆形采光顶外景 2、 试验方案 2.1、 加载点的布置 根据该商业广场采光顶设计图纸，采光顶设置3处标准荷载为1000kg的LED显示屏吊点及6处标准荷载为150kg的广告牌吊点，吊挂点布置位置见图2。为了反映构造的实际受力状态，本试

4、验加载装置吊篮吊设位置与现场设备安装时一致，采用LED显示屏吊点及广告牌吊点。 图2 圆形采光顶电动吊点平面布置 2.2、 加载装置及荷载取值 本试验采用吊挂装置上均匀铺设沙袋方式进行加载并测试，吊挂试验荷载取值为设计荷载标准值的2.0倍，吊挂荷载标准值与加载荷载计算见表1。 表1 吊挂荷载标准值与加载荷载计算t) 考虑现场加载设备自重，现场需要准备的沙袋总重为7.8t重，并预备备用沙袋若干；为了反映构造的实际受力状态，本试验加载形式模拟现场设备安装时的受力状态；为便于位移传感器的安装，现场需在观测点附近搭设脚手架，搭设的高度和宽度依现场情况而定，原则上以不影响吊索和吊篮为准，并在吊篮长边方向

5、留设搬运口。 2.3 、试验加载方案 根据(混凝土构造试验方式方法标准GB/T50152-2020要求，本次吊挂试验采用分级加载方式，根据设计要求试验荷载的20%、40%、50%、60%、80%、90%、100%进行加载，每级加载间隔15min，待构造构件变形稳定后测量所布置测点的变形值，并检查构件能否出现断裂、屈曲、委屈服从现象，确定完好后再进行下一级加载，到达检验荷载后，应持荷至少2h，每隔15min读取一次变形值，直到变形在15min内时间区间的变化稳定为止。然后再分级卸载，在每一级荷载和卸载全部完成后测量变形值。为了消除试验装置对试验结果的影响，正式试验前按0 20% 40% 20%

6、0的顺序进行反复预加载和卸载，每级加载间隔10-15min，并实测布置测点变形值，直到最后两次实测变形值基本相等为止，再进行正式试验。 2.4、 检测点布置 2.4.1、 变形测点布置 测量构造构件的竖向变形时，从钢龙骨上悬挂2.5kg平底吊线锤，并在线锤下方布设位移计，位移计安装在脚手架上，环梁支座处位移计安装于圈梁上，测量构件变形值；在主要受力的钢龙骨端头环梁处布置水平经向变形测量点，测取构件的水平位移值，圆形采光顶控制杆件及变形测点布置见图3。 图3 采光顶控制杆件及变形测点布置 2.4.2 、应力、应变测点布置 为了反映构造构件的受力工作状态，在每个吊挂荷载的钢龙骨上布置钢材应变片，钢

7、材应变片需在施工安装前布置在构件上，并采取防护措施，以便能够全面准确的把握构件的整体应力应变变化情况，同时可以以确保试验的安全性，圆形采光顶应力应变控制杆件及测点布置见图4。 图4 圆形采光顶龙骨应力、应变测点布置 3、 试验结果 根据现场布置构造变形测点，应力应变测点在各级荷载作用下钢构件的变形值及应力应变值，根据测试结果绘制变形曲线并分析计算构件的应力变化。 3.1、 采光顶吊点部位的竖向位移 各试验荷载作用下，采光顶吊点部位的竖向位移实测结果荷载位移关系图见图5、图6。 图5 LED显示屏吊点部位竖向位移实测结果 图6 广告牌吊点部位竖向位移实测结果 上述检测结果表示清楚，1000kgL

8、ED显示屏吊点100%极限吊挂荷载下的最大竖向位移为2.14mm, 150kg广告牌吊点100%极限吊挂荷载下的最大竖向位移为1.71mm。 3.2、 采光顶主要控制点的竖向位移 各试验荷载作用下，6个支座竖向位移在100%吊挂荷载下的最大值变形值为0.01mm, 6个主要控制点竖向位移在100%吊挂荷载下的最大变形值为0.44mm。 3.3、 同温度条件下，加载试验前后采光顶环向直径与拱顶高度的变化情况 各试验荷载作用下，采光顶环向直径与拱顶高度的变化情况试验结果见图7、图8。 图7 拱顶采光顶中心竖向位移实测结果 上述检测结果表示清楚，拱顶竖向位移在100%吊挂荷载下的最大变形值为2.73

9、mm，支座水平位移在100%吊挂荷载下的最大变形值为0.23mm。 图8 支座水平位移实测结果 3.4、 采光顶吊点部位钢龙骨特征截面应力、应变测试 各试验荷载作用下，采光顶吊点部位钢龙骨特征截面应力、应变测试结果见图9。 图9 钢梁1、2、3应变测试结果 根据钢梁1、2、3应变测试结果，控制界面最大拉应变为 ε=73，最大压应变为 ε=-93，按钢材弹性模量为210 103MPa计，控制界面最大拉应力为15.33MPa，应力比为0.071；最大压应力为19.53MPa，应力比为0.091。 图1 0 环梁应变测试结果 根据环梁应变测试结果，控制界面最大拉应变为

10、 ε=125，按钢材弹性模量为210 103MPa计，控制界面最大拉应力为26.25MPa，应力比为0.122。 4、 构造复核验算 在MST2021中建立商业广场采光顶钢构造的有限元模型。抗震设防烈度为度，设计基本地震加速度值为0.20g，基本雪压为0.35kN/m2，基本风压为0.4kN/m2，场地类别为C类。构造钢材为Q235B钢，屋面恒荷载以计算值为准钢构造自重有计算软件自动施加，重力方向，屋面活荷载为0.5kN/m2不上人屋面。 在原有构造模型基础上，施加吊挂荷载进行构造验算，验算结果表示清楚：该圆形钢构造采光顶跨中顶点竖向位移值为3.4mm，钢梁及环梁构件最大应力比

11、0.22，见图11。 图1 1 采光顶构造计算模型 5、 结论 (1在试验荷载作用下，拱顶、吊挂点、主要控制点的荷载 变形曲线基本呈线性关系，卸载后残存余留变形为所记录的最大变形值的18.8%，知足现行荷载试验规范20%的限值要求，钢构造基本处于弹性状态。 (2试验荷载作用下，实测的吊挂部位钢龙骨控制截面应力均小于设计计算应力值，构造强度知足设计要求。 (3采光顶才规定荷载作用未出现过大的变形、损伤、屈曲、委屈服从等现象，知足设计要求。 根据吊挂试验检测结果与构造验算结果比照可知，圆形采光顶在吊挂试验荷载作用下，采光顶挠度及应力试验结果小于但接近理论验算数值，圆形采光顶吊挂试验检验合格，符合要

12、求。 以下为参考文献 1建筑构造检测技术标准:GB/T50344-2004S. 2钢构造现场检测技术标准:GB/T50621-2018S. 3混凝土构造试验方式方法标准:GB/T50152-2020S. 4钢构造设计规范:GB50017-2003S. 5钢构造工程施工质量验收规范:GB50205-2001S. 6湖南大学.建筑构造试验 (第1版) M.北京:中国建筑工业出版社, 2005. 7熊仲明, 王社良.土木工程构造试验 (第2版) M.北京:中国建筑工业出版社, 2021. 8刘明.土木工程构造试验与检测 (第1版) M.北京:高等教育出版社, 2008. 9刘承斌, 宋洁人, 柴山.

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