装配式门形支撑钢框架抗侧刚度理论分析

装配式门形支撑钢框架结构(P-SFG)体系是由支撑体系和铰接钢框架组成的可用于低层房屋的一种快速建造钢结构体系,支撑体系承受水平荷载,铰接框架承受竖向荷载,是一种承重与抗侧功能相分离的新型结构形式。抗侧刚度的计算是该体系推广应用的关键,为得到该体系抗侧刚度计算式,依据结构力学基本假定,通过PSFG体系简化计算模型,给出抗侧刚度计算式,利用有限元软件ABAQUS进行验证,给出了计算式的修正系数,并从工程角度对计算式进行了简化。结果表明:P-SFG体系传力途径明确,节点构造简单,便于装配化施工,具有良好的承重和抗侧性能;理论公式计算与有限元分析结果吻合,因此所提出的抗侧刚度简化计算式可用于结构计算与分析。     

高层主次结构受力特点及刚度计算方法

近年来,主次结构广泛应用在超高层建筑中,但对其受力特点和刚度形成机制的系统研究却很少。为明确主次结构刚度形成机制、指导主次结构结构设计,通过有限元分析对主次结构受力特点进行研究,给出主次结构抗侧刚度形成机制,并推导主次结构刚度计算方法。以巨型框架结构、主次框架结构、主次框架-单斜撑结构、主次框架-X斜撑结构为研究对象,以构件内力分布特点、变形特性、刚度贡献为重点关注指标。研究结果表明,主次结构在竖向及水平荷载作用下均表现出显著的二级受力特性。水平荷载作用下,主柱沿模块高度呈现弯剪型变形,主次框架-单斜撑、主次框架-X型支撑结构表现出显著的桁架受力特点。次柱轴力沿高度呈周期性分布,次结构传递荷载对主结构变形和内力影响不大,但是其对结构整体刚度贡献不可忽略。分析结果表明,主次结构抗侧刚度关键参数为支撑轴向刚度、主柱轴向刚度、主框架抗剪刚度、次框架抗剪刚度。基于刚度形成机制,给出主次结构刚度简化计算方法,并与有限元方法结果进行对比,验证了刚度形成机制及刚度简化计算方法的有效性。     

模块化钢结构单元力学性能研究

模块化钢结构建筑是近年来建筑工业化发展的重要趋势,模块化钢结构建筑的安全性取决于模块化单元的力学性能。因此,开展了集装箱模块单元分别在水平和竖向荷载作用下的力学性能研究,并且主要采用ABAQUS有限元软件和理论分析方法进行研究。研究结果发现:在水平荷载作用下,整箱模型的纵向和横向刚度平均值与单片模型的刚度基本一样。基于柔度系数法,提出考虑波纹板剪切和扭转变形、顶梁轴向变形及角柱弯曲变形影响的抗侧刚度计算方法。针对模块单元间节点铰接体系,提出在竖向荷载作用下模块单元杆件内力计算方法。     

基于摇摆柱原理的古建筑木结构柱架抗侧分析及试验验证

古建筑木结构柱架的抗侧能力对整体结构的抗震性能有着重要的影响。通过对柱架受力机理进行分析,得出在水平反复荷载作用下柱架的受力变形以侧移为主,类似于"摇摆柱";柱摇摆产生的埋置嵌入作用是柱架产生抵抗弯矩的根本原因;基于"摇摆柱"原理,并结合试验提出水平反复荷载作用下古建筑木结构柱架抗侧弯矩的理论计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好;将试验与理论计算得出的M-θ骨架曲线进行拟合,分别得出了三组柱架的抗侧刚度公式。     

冷弯薄壁型钢复合墙体受剪性能数值模拟及简化力学模型研究

冷弯薄壁型钢复合墙体是多层冷弯薄壁型钢房屋建筑结构的主要承重及抗侧力部件。为实现该类复合墙体受剪性能高效模拟与分析,建立了其OpenSees数值计算模型,能够较为准确地模拟同侧双层及其以上墙板覆面的轻钢复合墙体在低周往复荷载作用下的滞回性能,得到的滞回曲线具有明显的捏缩滑移特征,其水平极限荷载模拟结果与试验值的比值在0.90～1.14之间,抗剪刚度预测值整体偏于安全。在此基础上,对复合墙体的墙板上螺钉分布影响进行了分析,结果表明墙板板边螺钉的间距对复合墙体受剪性能影响较大,改变墙板板内螺钉间距对复合墙体受剪性能无明显影响。根据数值分析所获得的复合墙体的墙板处螺钉受力特征,提出改进的墙板螺钉简化力流模型。考虑了墙体边柱螺钉参与水平剪力分配,但不考虑墙板中部的螺钉贡献。简化的力流模型能够较真实地反映螺钉群受力情况,采用该模型预测的复合墙体水平极限荷载与试验结果的比值在0.91～1.18之间。     

模块化钢结构建筑体系应用与研究进展

近年来,模块化钢结构建筑以其施工高效、绿色环保等优点,逐渐成为国家大力推广的新型装配式建筑体系,国内外学者针对模块化钢结构建筑受力性能做了大量研究。从模块连接节点、模块单元抗侧力体系、模块柱受力性能、结构整体性能分析等方面,系统综述了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果。结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准,给出该领域的研究方向及未来发展趋势,为工程实践和科学研究提供一定参考。     

球幕影院超限结构的设计与分析

某球幕影院整体结构采用球壳竖向曲柱、普通框架柱及斜桁架作为竖向承重构件共同受力,球壳采用钢结构单层肋环形球面网壳,竖向曲柱与下部混凝土基座采用带关节的销轴铰接连接,在结构周边设置钢结构桁架以提高结构的抗扭刚度。基于结构布置、计算参数选取及主要构件的抗震性能目标,分析了结构周期及振型、竖向荷载下的球壳受力特征、结构稳定及楼板应力。结果表明:球壳结构受力由竖向荷载控制;竖向曲柱和水平环向拉杆协同受力,下部的水平环向拉杆竖向加密;球壳下部的竖向曲柱及外侧斜桁架易发生失稳破坏,根据欧拉公式反推计算长度系数;上部楼板有效宽度较小,应进行小震及中震下的楼板应力分析,并增设楼板钢筋满足中震设防目标。     

柱间支撑对大跨度空间结构静力性能的影响

结合<钢结构设计规范>对于柱间支撑布置的规定,指出了目前关于柱间支撑的相关研究中没有考虑的因素,针对具有特殊工艺的大跨度结构的构成特点,对单榀纯柱间支撑与单柱的刚度性能进行了理论推导和参数化分析,揭示了单柱与纯支撑刚度比值的分布规律.针对柱距、支撑层数和构件截面等参数的变化.对单榀柱间支撑抗侧刚度和温度作用下结构性能的影响进行了参数化分析,提出了能够提高柱间支撑抗侧刚度并减小温度引起的附加内力的支撑布置规律.研究了柱间支撑在结构中的布置位置和柱截面对结构水平荷载和温度作用下性能的影响,得到了一砦有益的结论.最后以一大跨度钢结构厂房的设计为例,说明了本文研究结论在工程的应用.     

水平荷载作用下考虑扭转效应的交错桁架内力和位移计算

通过对交错桁架在水平荷载作用下受力特点和水平荷载传递途径的研究,在楼板刚度无穷大假定的基础上,提出了水平荷载作用下考虑扭转效应的桁架内力和楼层位移简化计算方法,给出了层分析模型的质量中心、刚度中心、计算偏心距的计算公式,考虑弦杆-楼板组合梁效应的桁架侧移刚度计算公式.结合算例,对简化方法与有限单元法的计算结果做了对比.其结果表明,两者相差不足5%.     

钢结构模块波纹板抗侧刚度及设计方法研究

钢结构模块建筑由于具有绿色环保、能耗低、施工效率高、劳动力需求少等优点,在国家大力推广下迎来了发展的上升期.然而,模块建筑不同于传统建筑形式,特别是在通用结构设计软件中,不能直接建立波纹板的计算模型,用有限元分析软件进行分析又不便于工程应用.为此,首先基于理论推导的抗侧刚度公式提出了便于通用结构设计软件建模的波纹板等效弹簧简化模型,并与试验值对比验证其合理性;然后通过对跨度、波纹板厚度、波峰高度和波长进行参数化分析,验证等效弹簧简化方式的适用性;最后以静海白领宿舍公寓项目为背景,建立波纹板刚度等效前后的MIDAS Gen整体分析模型,对比了它们在相同荷载作用下的整体结构响应.结果 表明,波纹板在抗侧和受力方面可以发挥明显的作用,结构设计中应充分考虑其贡献.     

柱承重式钢模块建筑结构体系适用高度研究

模块建筑作为一种新兴的建筑体系,具有较高的预制化和装配化程度,符合建筑工业化以及绿色建筑的发展要求,但国内的模块建筑大多只应用于低多层,探索多高层模块建筑结构体系的整体设计方法和适用性意义重大.针对应用于多高层的柱承重式钢模块建筑结构体系,首先根据抗侧力体系的不同,对典型的结构体系类型进行分类和简要介绍.考虑模块结构与...     

水平荷载作用下钢框架预制混凝土抗侧力墙体装配式结构的简化计算方法

为研究水平荷载作用下钢框架 预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系（SPW体系）内力和位移的简化计算方法,提出了结构体系的简化计算模型,根据弹性理论建立结构体系的平衡微分方程,提出反映结构侧向刚度的参数λ,结合边界条件求解了在均布侧向荷载、倒三角侧向荷载和顶部集中侧向荷载作用下结构体系的内力与侧向位移计算公式,采用有限元法对简化计算方法的可靠性进行了验证,并进行了误差分析。研究结果表明:有限元分析值与简化计算值较为接近,简化计算方法能够较为准确地计算SPW体系在水平荷载作用下的内力和位移,可靠性较好。     

水平荷载作用下新型钢-混凝土混合结构简化计算方法

针对钢框架-混凝土芯筒混合结构的不足,提出了钢框架-屈曲约束支撑-混凝土芯筒多重混合结构形式。根据刚度相等原则,建立了多重钢 混凝土混合结构的简化力学模型,给出了框架、支撑钢架和混凝土芯筒的刚度计算公式,根据弹性理论推导出了结构的平衡微分方程,依据边界条件得到了在倒三角水平荷载、均布水平荷载和顶点集中水平荷载作用下侧移和内力的简化算法,最后,对简化算法的可靠性进行了验证。结果表明:该算法具有优良的精度,且应用简便,可供工程设计人员采用。     

钢框架内填钢板深梁协同分析

为了满足钢结构房屋刚度一定范围的渐变调幅需要,提高钢结构房屋的抗震性能,提出了一种新型的抗侧力构件———钢板深梁;通过水平低周反复荷载试验对纯钢框架和钢框架内填钢板深梁进行分析,并对结构进行适当简化;通过对2种简化模型进行对比得出较为可行的钢板深梁与钢框架协同分析模型。研究结果表明:内填钢板深梁可以大幅度提高纯钢结构的初始刚度、屈服荷载和极限承载力。     

用循环三轴试验分析海上风力发电机单桩基础侧向位移

为了开发洁净的再生能源,海上风力发电已成为欧洲各国积极研究的重点。一个足以承受长期波浪及风力的基础设施是让风力发电设施在使用年限内正常运转的必要条件。目前欧洲海上风力发电设计案例中,大口径的钢管桩是一种最常被运用的海上风力发电机基础型式。然而,目前工程界普遍使用的p–y曲线分析法并不适用于评估此种大口径单桩受长期侧向力的行为。特别针对砂性土壤,提出了应用室内三轴循环试验的结果评估单桩在单向循环侧向力下的变形方法。应用室内循环三轴试验所得的塑性应变增加量推求土壤的割线衰减刚度,再导入三维有限元素数值模型的方法,可以得到桩身在循环侧向力下的位移。此种方法非常适用于海上风力发电机单桩基础在均匀及层状土壤中侧向行为的初步工程设计。更多还原 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');     

冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度计算方法研究

为了获得冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度实用计算公式,将墙体墙面板等效为拉压斜杆,并基于其他一些基本假定提出了冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度简化计算模型,在弹性分析的基础上得到了墙体抗侧移刚度理论计算公式,并结合试验数据和有限元分析结果进行了弹塑性修正,得到单面覆石膏板墙体、单面覆OSB板墙体、单面覆带肋钢板墙体在水平风荷载、水平多遇、水平罕遇地震作用下抗侧移刚度实用计算公式,墙体抗侧移刚度实用计算公式计算结果与试验、有限元分析结果吻合较好。同时,提供了冷弯型钢骨架墙体抗侧移刚度实用计算公式应用算例,以供设计参考。     

超高层钢框筒结构体系截面尺寸的初步确定

根据超高层钢框筒结构自重轻、抗侧刚度小的特点,结合规范规定的位移限值要求,提出了在结构初步设计阶段,可直接根据风荷载作用下的顶点位移限值条件来确定截面尺寸的方法,大大缩短了设计周期,减少了计算机时,可供设计人员进行方案设计或初步设计时参考。     

组合式核心筒结构体系研究与设计

超高层建筑中核心筒承担着实现建筑功能和抵抗荷载的重要角色,通常布置在建筑平面的中心。介绍一种新型的核心筒结构体系——组合式核心筒,核心筒以多个角筒形式分散布置在建筑平面内,各角筒通过拉结大梁连成一体。对拉结大梁的数值模拟方法进行探讨,并对组合式核心筒的刚度进行对比分析,同时还对关键构件的受力进行详细分析。研究结果表明:组合式核心筒的拉结大梁应采用墙单元来模拟;与中心式布置的核心筒相比,组合式核心筒的抗侧刚度和抗扭刚度明显削弱;组合式核心筒中拉结大梁对整体刚度影响很大;设计中应对核心筒角部墙体、拉结大梁端部的楼板等重要部位进行加强。     

Structural design of high‐rise buildings using steel‐framed modules: A case study in Hong Kong

Steel‐framed modular buildings afford certain advantages, such as rapid and high‐quality construction. However, although steel‐framed modules have been adopted in several countries, most of them are limited to low‐to‐medium‐rise structures; modular high‐rise buildings are rare. This study proposes a feasible structural design solution for high‐rise buildings using a steel‐framed modular system. A 31‐story student hostel building in Hong Kong is redesigned as a steel‐framed modular building and used as a case study. The finite element models of the building are formulated, and the structural behaviors under wind and earthquake load scenarios are compared. Moreover, the structural design process used for the 31‐story building is applied to design a hypothetical 40‐story modular building to further examine the proposed design solution. The numerical analysis results indicate that the roof lateral displacements and interstory drift ratios of the redesigned modular building are within the allowable limits of design codes; moreover, the modular connections behave elastically under the most adverse loading scenarios. Accordingly, the proposed solution can be used to design steel‐framed modular buildings of up to 40 stories, while complying with relevant wind and seismic codes.     

轻钢-混凝土混合结构周期折减系数研究

轻钢混凝土混合结构是一种既符合中国国情,又适宜工业化和模块化生产的新型结构体系。该体系中的轻钢次结构能增大混凝土主结构的抗侧刚度,采用只考虑主结构的简化模型进行设计分析时,可采用周期折减系数来考虑这种影响。推导了2层或3层轻钢次结构抗侧刚度以及轻钢混凝土混合结构周期折减系数简化计算公式;在混合框架试验的基础上,用ABAQUS有限元软件建立了轻钢混凝土混合框架的精细化分析模型和简化分析模型,试验结果和模拟分析结果吻合较好;通过有限元模拟分析,验证了轻钢次结构抗侧刚度和混合结构周期折减系数简化计算公式的正确性。