深圳国际会展中心项目^[1]位于深圳宝安国际机场以北、沿江高速以东、空港新城南部核心区。地上建筑由11栋多层建筑组成，其中1栋由16个标准展厅^[2]，两个多功能展厅以及1个超大展厅^[3]，南北两个登录大厅^[4,5]及中央廊道构成;2～11栋为会展仓储、行政办公、垃圾用房等配套设施;项目南侧室外用地为室外展场。根据以往项目经验，节点设计应全面分析其传力路径的可靠性和节点细部构造可能产生的影响，方能确保设计安全^[6]。本文主要针对登录大厅屋盖网格结构^[5]与柱连接节点的建筑要求及受力特点进行分析，在满足建筑效果的同时保证结构安全。

　　 登录大厅入口处的建筑效果如图1所示，建筑方案希望的连接节点形式如图2所示，柱端做成锥管，直径由850mm渐变为400mm。考虑到登录大厅屋盖网格梁截面较大，该节点受力非常重要，有必要进行针对性研究。过程中，对最小端直径为400,500,600,650,850mm的锥管都进行了计算，根据计算结果的合理性并综合考虑施工，最终确定了该梁柱节点的连接形式。

　　 因所有柱截面和节点均采用统一的构造形式，故选取受力最大的节点进行计算。根据建筑方案三维模型放样得到图3所示的节点有限元计算模型，各构件均采用Q390钢，屈服强度根据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)取值，弹性模量为206 000MPa，密度为7 850kg/m³，本构为理想弹塑性。

　　 柱底端施加固端约束，其余杆件端部施加力边界条件。根据SAP2000计算模型提取各构件在设计工况下的内力，如表1所示，杆件编号见图3(a)。中震下内力取小震下内力的2.8倍，大震下内力取小震下内力的5.2倍。通过查看各杆件的包络内力设计工况，选取以下三个工况进行计算:1.35恒载+0.98活载;0.9恒载+1.4正X向风荷载+0.84升温;1.2恒载+0.98活载+1.4负Y向风荷载+0.84升温。

　　 对图2所示的节点做法进行了复核计算，共计算了锥管小端直径400mm和500mm两种情况，考虑到两者计算结果的结论相近，此处仅给出500mm直径锥管的计算结果，典型计算结果如图4所示。从图4中可以看出，1.35恒载+0.98活载作用下，该锥管节点承受58%的设计荷载就退出工作，柱头位置出现了大面积的塑性损伤，不满足结构受力要求。

　　 提取构件的设计信息，如表2、表3所示，网格梁主要以受弯为主，轴向应力反倒较小。网格梁锥管柱节点受力简图如图5所示，在节点区弯矩不能完全平衡的情况下，锥管柱头也以抗弯为主，表现为锥管单侧的拉压受力，应力较为集中。网格梁与锥管的抗弯刚度不匹配，不满足“强节点弱构件”的抗震概念。同时，锥管与网格梁仅仅依靠端部的焊缝连接(图5(b))过于单薄，冗余度不足，且该焊缝受力极为复杂，存在一定的风险，因此不建议采用该节点连接形式。

　　 通过第一轮方案的受力分析，锥管直接与网格梁底焊接连接，不满足受力概念要求。基于此，第二轮方案提出如图6所示的节点形式，符合一般梁柱节点的特征。节点复核计算考虑了锥管小端直径400,500,600,650mm等多种情况，依然存在共性的问题，本文仅给出650mm锥管的典型计算结果，如图7、图8所示。从图7、图8中可以看出，0.9恒载+1.4正X向风荷载+0.84升温工况下，柱头与梁连接的位置也都存在不同程度的损伤，不满足受力需求。

　　 第二轮方案的受力简图如图9所示，由于网格结构整体为曲面，网格梁构件有一定的尺度，且各节点之间为直线连接，则网格梁与柱连接的节点区域，梁翼缘板之间是有错位的，进而内隔板也存在错边，传力路径不连续。柱壁板承担较大的弯矩正应力和附加的剪应力，受力极为复杂，以上出现损伤的部位也验证了该观点。柱壁板作为厚板承担较大的面外拉力，易引发层状撕裂，对钢材本身的Z向性能要求非常高，从概念上来说，应尽可能避免。因此，不建议采用该连接节点形式。

　　 通过前述分析可知，网格梁柱节点主要为受弯控制。为保证网格梁传力的连续性，需要把节点区域的梁翼缘贯通，因此建议把节点区的梁翼板做成整板，第三轮方案据此调整。柱端依然采用锥管的形式，小端直径为600mm，典型的计算结果如图10所示。各工况下，节点区的受力明显改善，满足小震的设计要求。考虑到项目及节点的重要性，节点需要满足中震弹性和大震不屈服的要求，中震计算结果如图11所示。中震和大震工况下，锥管转折的位置出现了一定程度的损伤，不满足受力需求。

　　 加大锥管小端直径至650mm，重新复核计算。考虑到600mm直径的锥管已经满足了小震各工况的设计要求，则650mm锥管的验算仅计算中震和大震下的受力，中震验算结果见图12。锥管转折处的受力略有缓减，但由于截面增大量有限，650mm直径锥管依然不满足受力要求。

　　 柱直径为850mm，考虑不同的锥管小端直径，按常用的最小坡度1∶6放样得到图13所示的放样对比图形。可见，随着锥管小端直径的不断增大，锥管的对比度不断减小，当锥管直径达到700mm时，锥管的长度为450mm，仅为上部梁高的一半，再进一步考虑节点的做法和钢板厚度，锥管的形态并不突出。而如果把锥管的坡度进一步放缓，锥管长度拉大到1 500mm，则与直管的形态相似，且锥管的制作加工难度大于直管，因此对于700mm直径的锥管不予考虑，不再复核。

　　 通过前面的分析可知，节点区域的梁翼缘贯通后节点受力显著改善;采用锥管的柱头形式，在最小端直径为600mm和650mm的两种情况下，节点区可以满足小震的受力，但不能达到中震弹性的性能目标要求;如果对锥管最小端直径进行扩大，比如加大到700mm，则锥管的形态不突出，反倒加工困难。综上，不建议采用锥管的柱头形式。

　　 柱采用等截面设计，正常使用条件下，控制工况0.9恒载+1.4正X向风荷载+0.84升温工况下节点的计算结果如图14所示，大震下节点区应力计算结果如图15所示。可以看出，节点满足0.9恒载+1.4正X向风荷载+0.84升温工况下弹性、大震不屈服的性能目标。

　　 实际工程中，也有不少项目采用了锥管网格梁连接节点形式，以下将通过收集到的资料来分析与登录大厅节点的异同，进一步从概念上来分析节点设计的合理性。

　　 某异形钢结构大型雨篷^[7]采用单层网格结构，雨篷跨度约为20～25m，与登录大厅27m基本相当，网格大小约为2～3m。网格的杆件采用矩形钢管，其最大截面为□300×200×14×28，最小截面为□240×120×4×4，结构标高17.5m，下部支承为V形长柱和局部屋顶短柱。网格梁与V形柱采用板铰的连接形式。

　　 东莞国贸中心^[8]裙房大跨度钢屋盖为不规则空间曲面网格，由单层网壳及竖向支撑系统构成。单层网壳为龟背形空间曲面网格结构，网格边长为2.5m，由700mm高、250mm宽的箱形截面构件编织而成。竖向支承系统为25根树形柱(3分叉或4分叉)及10根直柱。由于龟背下方布置有溜冰场，柱间最大的跨度约为44m。通过找形，使每根杆件成为受压杆。分枝柱与网格之间采用连接圆柱体相贯焊接的形式，外观与登录大厅节点相近，传力细节不同。

　　 深圳湾体育中心^[9]钢结构屋盖为超大跨度空间结构，由单层网壳、双层曲面网架及竖向支撑系统构成。除大树广场外，整个屋面网壳由箱形弯扭构件(高700mm、宽450mm)直接编织而成的四边形网格组成，网格的平均尺寸约为4 050mm，网壳最大悬挑跨度为38.71m。

　　 大树广场在落地点的直径为20.6m，花篮状编制的菱形网格(箱形截面构件的轮廓尺寸为400×300～500×350)与屋面网格自然衔接，网格平均尺寸为1 550mm。

　　 树状柱与屋盖的连接节点，柱截面采用扩大的方式加强，见图16。

　　 苏州太平金融大厦^[10]裙房屋面异形钢网格结构空间上呈不规则曲线变化，采用不自然共面的四边形钢网格，钢构件沿南北及东西双向布置，网格尺寸为1.5m×1.5m。东西向网格构件截面为箱形(□400×150×6×9和□400×150×9×16)，南北向网格构件截面主要为不等宽翼缘H形，截面为H300×150/100×6×9和H300×150/100×9×16。南侧飘带从塔楼支承点至南侧树形柱距离约为18m，至网格分叉位置距离约为34m。北侧飘带范围内无树形柱，从塔楼支撑点至北侧裙房屋面V形柱距离约为40m。

　　 友阿国际广场步行街天幕^[11]位于广场的8层混凝土结构的屋面之上，总长约300m，跨度为20～40m。采用单层钢结构网壳，置于网壳四周的箱形截面柱和斜撑上。网格的大部分由尺寸约2.4m×2.4m的近似等腰三角形组成。网壳矩形管构件为冷弯成型，主要包括规格为□200×100×5×5和□200×100×6×6两种截面，网壳所有构件均采用Q235B钢材。

　　 以上各实际案例与深圳国际会展中心登录大厅的相关参数对比如表4所示，案例的网格绝大部分不超过3m，登录大厅的网格尺寸为9m(方案要求);同等跨度至1.6倍登录大厅跨度的情况下，构件高度尺寸不超过400mm，登录大厅构件高900mm;通过构件尺寸进行估算分析及文中描述，大部分的网格结构构件均以轴向受力为主，登录大厅网格梁构件主要承受弯矩，轴力反倒较小，如表3所示，构件的最大应力比为0.857，其中弯矩引起的应力比为0.85，占99.2%。

　　 从以上数据可以看出，登录大厅的网格结构受力形态与以往工程明显不同，故不能简单套用以往工程的网格梁柱连接节点形式，应根据实际受力情况具体分析。

　　 (1)登录大厅网格构件主要受弯，其因弯矩引起的最大应力比占到了构件总应力比的99.2%，与以往以轴向受力为主的结构不同，不能简单套用该节点形式。

　　 (2)通过各工况的受力分析，深圳国际会展中心登录大厅的网格梁柱节点不适宜采用带有锥管的节点形式。

　　 (3)采用的等截面柱连接节点形式可以满足结构受力需求，并可保证结构受力安全。