1 前言
廣州歌劇院的主承重結(jié)構(gòu)體系為采用箱形截面構(gòu)件的空間折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（詞條“網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供），焊接相貫節(jié)點（詞條“節(jié)點”由行業(yè)大百科提供），圍護結(jié)構(gòu)采用玻璃和石材形成的帷幕體系。玻璃帷幕直接支承在T形截面構(gòu)件組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，而石材部分帷幕下面則采用了主次檁網(wǎng)格支撐的無穿透金屬屋面體系。由于主體結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)幾何形狀的不規(guī)則性、連接構(gòu)造的復(fù)雜性，給圍護結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震設(shè)計、溫度作用分析和連接節(jié)點的受力安全性能提出了更高的要求，有必要進行深入的分析和試驗研究，發(fā)展和改進分析計算方法，為廣州歌劇院的設(shè)計和施工可行性、主體結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性提供可靠依據(jù)，同時也給類似工程項目的分析與設(shè)計提供技術(shù)基礎(chǔ)，以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂積累技術(shù)儲備。
廣州歌劇院是廣東省第一座大型的音樂劇場，其外形就像是珠江水沖刷后的鵝卵石，沒有棱角，圓潤而富有光澤。其復(fù)雜的造型在以往的建筑結(jié)構(gòu)中是沒有出現(xiàn)過的，設(shè)計和施工的難度是空前的。在保證結(jié)構(gòu)強度的條件下，還要考慮不能改變其外形、影響美觀。因而需要一種的新的連接方法來滿足本工程的需要。
2 主要條件分析和基本方案的確定
2.1 施工條件分析及存在的難點
(1)本工程的單元幕墻是由多個不規(guī)則的折面組成，每個折面又分成一個個的小三角形板塊，每個支點的六條橫桿角度不同，造成角度控制困難，施工難度大。
(2)每個支點的六條橫桿中心線相交不在一點上，使現(xiàn)場焊接難度增大，焊接質(zhì)量難以控制。
(3)每個支點不同，不能夠大批量生產(chǎn)，每個節(jié)點若單個獨立加工生產(chǎn)則成本過高。
2.2 基本方案的確定
從設(shè)計要求和現(xiàn)場的施工條件等各種因素分析，可基本確定在六條橫桿相交的位置需設(shè)計一個連接件。
本工程采用的鑄鋼件連接接頭，不但能滿足設(shè)計的連接要求，使現(xiàn)場施工方便，提高焊接質(zhì)量，還可以批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。
3 新型鑄鋼件接頭的設(shè)計
一般工程中不采用接頭的形式，大多數(shù)都是鋼件直接焊接或者栓接，偶爾會用到芯套。但本工程考慮到六條桿件相交連接、角度不同且六點不共面等因素的影響，工程中常用的連接方式無法滿足本工程的需求，所以本工程組織專業(yè)人員設(shè)計新方案，通過比選和試驗，最終確定使用鑄鋼件接頭。下圖為鑄鋼件接頭的實物照片。
3.1 鑄鋼件接頭的計算分析
設(shè)計中選取了“面1”進行分析，因“面1”面積最大，而且分布規(guī)律，具有典型的代表性，所以取“面1”的鋼接節(jié)點應(yīng)力對節(jié)點進行計算分析，選用有限元分析軟件進行分析。
(1)“面1”應(yīng)力分析，取風(fēng)荷載為1.7kN/m2，找出最大應(yīng)力連接節(jié)點：
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上圖為應(yīng)力最大的剛接節(jié)點，圖中節(jié)點523與2145、3278與519、2831與515、3148與535、531與2015、527與2482六對節(jié)點之間相互耦合六個自由度，使其可以查到桿端反力。
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