大连国际会议中心复杂节点深化设计概诉

大连国际会议中心复杂节点深化设计1.大连国际会议中心工程概况大连国际会议中心结构体属于多支撑筒体大悬挑大跨度复杂空间体系，地下一层，地上分别为一～五层，地上总建筑高度58.24m 。

地下室为钢筋混凝土结构，地上支撑柱为钢管混凝土柱，支撑筒为钢骨混凝土筒体，10.03m 和15.03m 转换平台、15.03m 转换平台上的会议厅、27.8m 和34.03m 宴会厅、屋盖及外围结构等均为钢结构，楼板为组合楼板（图1、图2）。

钢管混凝土柱最大截面为口1050x1000x25，钢骨混凝土筒最大标高为47.75m ，转化平台桁架最大悬挑长度为29.2m ，屋盖结构最大跨度为102.5m 。

各部位钢结构的截面型式为：支撑筒钢骨采用箱型和热轧宽翼缘H 型钢截面，转化平台和会议厅采用了热轧宽翼缘H 型钢截面桁架结构，屋盖采用圆钢管空间结构，外围护结构采用弯扭箱型截面。

如图1~2所示。

图1 单线整体轴测图（不含屋盖及外围护）此工程结构体新颖奇特的造型要求、复杂的结构设计，使得在支撑筒顶部、C 区转换平台桁架及转化平台边缘、会议厅边缘出现大量的多根杆件空间汇交的节点（图示）。

我们将这些形式各异、构造复杂的由多根杆件空间汇交而成的空间节点称之为复杂空间节点（以下简称复杂节点）。

其中，转换平台A 区桁架372个、B 区桁架52个、C 区桁架35个、D 区桁架288个，核心筒92个，会议厅15个。

由于复杂节点的大量存在，因此复杂节点设计对安全、加工制造、施工安装都显得十分重要。

对这些复杂节点如何设计，使之合理、安全、可靠是设计者必须解决的当务之急。

根据复杂节点的材料、构造的不同，将本工程的复杂节点分为二类：钢板焊接节点、钢板和钢管组合的节点来设计。

以下结合工程的结构形式以及不同部位的结构特点，总结一下复杂节点的构造设计、结构优化以及有限元分析方法等。

2.复杂节点概念标准体系节点均以施工图为依据，由于本工程结构体系新颖，采用大量H 型钢连接，但结构外围一圈为非标准体系，杆件相交后无法参照施工图详图进行二次深化，且深化原则多变，在深化过程中不断的优化和改进深化原则。

此类节点具有以下特点: 节点施工详图深度不够、为节点而优化结构体系、节点A 区边缘桁架有限元分析工作量大、节点模型创建难且反复修改过程多、焊接工艺步骤多、加工难度大。

本篇第5和6部分对复杂节点的由来及实施细节进行详细介绍。

3.复杂节点位置分布3.1 核心筒复杂节点分布总计92个复杂节点，主要集中在H2、H3、H4、H5、H6、H8、H13、H14。

如图3所示。

3.2平台边桁架复杂节点分布总计139个复杂节点，主要集中在A3区（30个）、A4区（70个）、A5区（39个）；平台B2区边桁架内环部分总计9个复杂节点；平台C区边桁架部分10.03m以下总计3个复杂节点，如图4所示。

3.3 会议厅复杂节点分布总计13个，主要集中在4#（6个）、6#（1个）、7#会议厅（6个）。

图3 H8区收边复杂节点柱群效果图图4 A3区收边复杂节点柱群效果图4. 复杂节点的主要问题4.1 复杂节点深化设计无施工图依据随着深化设计区域的不断扩大，在边桁架、幕墙和核心筒等部分的复杂节点的构造做法在施工图上找不到节点详图（节点详图应明确节点连接板的材质、厚度、必要尺寸，节点焊缝要求，节点的构造做法等）来作为深化设计的依据，同时也无法保证监理监督，工程设计资料完整，结构设计安全可靠等提供必需的设计依据。

4.2 复杂节点仅从构造设计考虑无法有效保证节点的安全本工程造型独特，结构受力复杂，不同于一般民用建筑工程。

在结构受力状态未了解清楚的情况下，若仅从加工制作角度来构造设计复杂节点，不进行必要的节点计算分析，就不能有效保证节点的安全。

我司深化设计的构件加工详图是为车间服务的，由于无设计施工节点详图，故目前我司在进行复杂节点的深化设计过程中，只能先凭经验从加工制作角度对复杂节点进行3D实体建模构造设计，待模型经设计确认后，再做复杂节点加工详图。

4.3复杂节点按钢板焊接节点深化困难复杂节点不同意采用铸钢件，而采用钢板焊接节点。

由于结构为空间异型桁架结构体系，桁架构件又为H型钢，且桁架构件空间汇交杆件多，深化设计和加工制作的空间定位难度大，节点的构造复杂，加工制作存在焊接操作空间小，装焊困难，焊接难度大、焊接变形大、无法施焊以及焊缝集中处材料力学性能改变等问题。

且也难于满足现场安装精度要求。

5. 复杂节点阶段性分析5.1桁架中的复杂节点的三个阶段5.1.1第一阶段为铸钢节点设计阶段根据初步具备深化设计的图纸，我司进行边缘桁架3D建模和节点构造设计。

经大连设计院设计人员确定，H型钢桁架杆件的放置方向应与计算程序里的杆件放置方向一致，均按腹板垂直地面放置。

同时我司依据最初设计原则，当复杂节点设计无法焊接时，可做铸钢节点，在2009年8月20日提出第一批铸钢节点位置和数量，经设计审核同意61处可采用铸钢节点。

我司于2009年9月9日将BCD区中的部分铸钢节点深化设计图提交设计审核，但设计于2009年9月10日提出桁架部位的铸钢件重量超出桁架承载范围，并于2009年9月20日召开铸钢件专题会议决定在桁架中不采用铸钢节点。

5.1.2第二阶段为初步焊接节点设计阶段根据2009.9.20召开铸钢件专题会议决定的精神和大连设计院提出初步焊接节点原则：1.简单节点通过调整杆件方向、做“异型”焊接H型钢处理；2.较复杂节点采用主桁架弦杆两侧焊大节点板做成箱型，其余相交杆件均焊接在节点板上，按间距设内隔板，内隔板可不与相交杆件对应；3.相交杆件较多的复杂节点采用球节点，相交杆件与球相贯焊接。

我司对ABCD区重新调整3D模型，并于2009年9月30日提交BCD区的复杂节点位置和数量，于2009年10月15日提交A区的复杂节点位置和数量，并将复杂节点划分为可焊接钢板节点、球节点、铸钢节点三类。

我司于2009年10月9日将A区构造设计好的典型可焊钢板节点3D模型送交设计审核。

5.1.3第三阶段为焊接节点设计阶段2009年10月14日大建院、八局、东方、大船及东南对复杂节点进行了专题讨论，最终确定的设计原则,设计提出以下原则：杆件可偏心、杆件可扭转、杆件方向可调整、杆件端部切角（小于50mm）、杆件后焊、截面可调整（H型钢变箱型、热轧变焊接、杆件可小变大、异型截面）、球节点（与球相连接杆件截面可端部高度和宽度变小，但截面面积不变）、铸钢节点等，设计对节点进行计算复核。

5.2按设计原则进行深化设计将A3（29个复杂节点）、A4（70个复杂节点）及A5（39个复杂节点）区建好的实体模型节点分别于10月15日、10月23日、11月4日送交大建院审核确认。

在审核的过程中，大建院于2009年11月15日重新提出复杂节点的修改设计原则，导致了我司构造设计好的实体模型基本作废，都需重新建模。

修改的主要节点原则有：斜杆不允许偏心，且全部接触面与弦杆直接焊接而应同时与直腹杆和弦杆都焊接（以前的原则为斜杆可直接偏心放在弦杆上焊接）、主桁架方向杆件翼缘不允许做圆弧过渡而应做折板（大建院一直以来的施工图节点均采用圆弧过渡做法，要求总包单位协调大建院提供折板做法施工图）和加加劲板过渡、悬挂幕墙柱与桁架的连接节点下的杆件需加大加强（悬挂幕墙柱处原桁架节点位置随幕墙柱位置调整，杆件也加大，已建好节点全部作废，且加强节点做法未出图）等。

由于边桁架中的复杂节点实体模型设计不能确认，造成相应边桁架均不能进行下一步深化设计的工作。

按照大建院于2009年11月15日重新提出复杂节点的修改设计原则，对复杂节点的实体建模和深化设计带来更大难度，部分复杂节点采用焊接节点将很难实现。

我司于2009.10.29已发函给总包暂停相关复杂节点的设计工作，但总包要求我司不能暂停，我司以大局为重，继续进行深化，但目前该工程的复杂节点实体建模的设计确认基本又回到2009.8.20设计所确定的设计原则，2009.8.20至今的复杂节点设计工作基本等于零，因此，我司明确提出：与复杂节点相关的桁架、幕墙、会议厅、核心筒等钢结构深化工作全部暂停，并且，本着对工程节点设计安全负责任的态度，我司提出解决下一步复杂节点深化设计的两个方案：第一种方案由总包方协调大建院提供达到国家标准规范要求的设计深度的设计施工图，我司将按此施工图进行深化设计。

第二种方案按照总包方抄送的10月23日《关于复杂节点专家评审意见》中的第二条意见，即委托专业详图设计单位，对复杂节点进行详图补充设计。

6.复杂节点最终实施细节最终实施共分如下步骤：构造设计及结构优化、复杂节点有限元分析、复杂节点深化详图实施。

6.1复杂节点构造设计及结构优化由于结构为空间异型桁架结构体系，桁架构件截面为H型钢，且桁架构件空间汇交杆件多，空间关系十分复杂，平面里无法分析出节点如何设计，因此需根据实际标高和尺寸建立整个结构的三维实体模型，并把杆件按方位和截面规格全部导入模型中，仔细认真分析杆件间在节点处的相互关系和构造设计节点，并对不同部位的节点根据其重要性、受力大小、应力状态、受力特性进行归类构造设计节点，以保证节点构造设计的合理性、安全性、经济性，也确保结构的安全。

6.1.1铸钢件节点的设计建筑工程中运用铸钢节点，由于其避免了多杆焊接时的较大残余应力、节点设计的自由度大、外形美观，已在我国越来越多的工程中采用。

现行《铸钢节点应用技术规程》CECS235：2008在总结国内外材料、设计、制作、管理等经验和科研成果的基础上，对建筑用铸钢节点的材料和设计指标、设计、构造、加工、焊接、检验与验收等都做出了规定，规范了铸钢节点的设计、制作、检验等技术要求，促进其进一步发展。

因此，采用铸钢节点是安全的是有理论依据的。

该规程的设计一般规定的4.1.1条也明确多杆连接的节点以及建筑上有特殊外形要求时可采用铸钢节点。

大连国际会议中心结构主要竖向受力构件核心筒H1～H17，共17个，顶部由于建筑需要形成金字塔式的造型，并且大部分顶部柱头设有屋盖的支座，受力最大支座处竖向反力达1400KN 、水平剪力达1000KN ，因此，顶部的H 型钢支撑钢结构设计十分复杂，节点处杆件受力大要求高、多方向汇交杆件数量多、角度小、加工制作十分困难，为确保节点安全可靠，故设计成铸钢节点，节点形式为铸钢相贯箱型节点，端部预留200mm 长H 型钢截面，以便与外面的H 型钢节点现场对接。

铸钢件的位置、节点设计前后的比较详见图5、图6、图7。

图5 核心筒顶部结构示意图铸钢件节点图6 核心筒顶部复杂节点（未设计前）图7 核心筒铸钢节点铸钢件的设计内容包括：几何造型设计、工艺设计和分析、力学性能分析和节点校核。

几何造型设计、工艺设计和分析由专业铸造厂家来完成，并应满足建筑美观、铸造工艺条件、连接构造和施工安装的要求，以及符合节点部位杆件空间汇交，数量多，方向各异相贯箱型节点箱型截面部分的传力特点。