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    詳細信息

    作者: 發布于:2013/6/21 15:01:18 點擊量:


    工業化裝配式高層鋼結構建筑探究

    一、項目意義和來源
      
      我國單位建筑面積能耗是發達國家的2倍以上,建筑垃圾、施工灰塵是城市主要污染源之一。我國房屋鋼結構的發展面臨重大機遇,中國作為7億噸的世界第一產鋼大國,產能過剩近1億噸,但鋼結構建筑只占5%,而發達國家占50%以上,保障性住房建設速度、地震災區住宅重建速度有待進一步提高。目前,住房和城鄉建設部明確提出要在保障性住宅中推動使用鋼結構住宅。工業化、裝配式節點斜撐加強型鋼框架結構體系符合十二五時期,住房和城鄉建設部鋼結構住宅產業化方針政策和中國鋼結構協會十二五發展規劃,是國家支持的鋼結構創新技術。
      
      遠大可建為改善傳統建筑存在的建設周期長、材料浪費嚴重、施工過程污染大等缺點,吸取汶川地震慘烈教訓,從2010年世博會開始,開發工廠化生產的新型裝配式節點斜撐加強型鋼框架結構建筑技術。該結構體系適用于多高層鋼結構,主要由主板、立柱、斜支撐幾部分組成,壓型鋼板混凝土組合樓板支撐于鋼梁上形成主板,主板支撐于立柱上,在梁與柱之間設置斜支撐,斜支撐加強節點連接,同時和梁柱框架共同抵抗水平和豎向荷載。承重構件連接采用高強螺栓,在保證強度的前提下達到易安裝、易拆卸、易維護的目的。
      
      為了推進該鋼結構體系的科學發展,確保設計、施工安全,需要對該體系進行科學合理的研發、系統的理論分析和試驗研究,以實現該產品的設計規范化、生產工業化、安裝機械化,解決產品在設計、生產、安裝和驗收幾方面的問題,滿足國家在建設領域的標準規范。
      
      北京工業大學發揮鋼結構學科的優勢和鋼結構創新研究經驗,受遠大可建科技有限公司委托,聯合遠大科技集團、中國建筑科學研究院、湖南大學、遠大可建科技有限公司承擔了湖南省戰略性新興產業科技攻關項目《裝配式斜支撐鋼結構建筑技術研究與應用》,對該體系進行了理論分析、有限元模擬、結構構件和體系試驗研究,經過多層次的計算分析、優化設計、試驗和結構設計,最終獲得了該體系的受力特性和破壞機理,使其滿足現行鋼結構設計規范及相關規范要求。
      
      二、主要研究內容和結論

      
      (1)結構整體有限元分析與設計研究
      
      分別采用目前國內通用的有限元設計分析軟件Etabs、Midas/GEN、SAP2000、ANSYS進行結構分析(包括靜力分析、反應譜分析、彈性時程分析)與設計。在建Etabs、Midas/GEN、SAP2000有限元模型中,整個模型包含15萬梁桿系單元、26000個樓板單元。模型龐大,模擬的精度高,能夠較為真實地模擬結構的真實受力情況。在有限元模型的設計中,通過建立彈性單元連接,考慮了螺栓拼裝連接節點的影響,連接節點的剛度是通過節點試驗測得的實際剛度帶入整體分析模型,使分析模型的受力能夠非常真實地反映實際結構受力?;谠撥浖闹袊幏对O計程序,進行了8度常遇地震的內力計算和設計,結果證明其能夠滿足8度設防的抗震要求。同時采用ANSYS軟件進行了最大工況荷載的精細有限元分析,共劃分了100萬單元,采用高性能計算機工作站進行了詳細的計算,并與Etabs、MIdas、Sap2000有限元相同工況的結果進行了對比,ANSYSEtabs、MIdas、Sap2000軟件分析結果差別較小,分析結果得到了互相驗證。同時,采用ansys軟件的APDL語言開發了基于中國鋼結構規范的后處理設計程序,該程序結果與Etabs、MIdas、Sap2000有限元設計結果相比,四者的腹桿計算結果基本相同,梁上下弦桿有所不同,但是都能滿足規范要求。
      
      (2)整體結構大震彈塑性分析
      
      采用ansysABAQUS軟件,建立反映實際結構受力的空間桿系有限元模型,根據設計軟件優化出的截面,進行9度罕遇地震的大震彈塑性時程分析。根據新《建筑抗震設計規范》的要求,選用了兩條天然波(EL-Centro波和Taft)和一條人工波,將峰值調整到了620cm/s2,進行彈塑性時程分析。分析表明,該體系在9度罕遇地震作用下,整個塑性應變的積累和構件損傷都較小,塑性應變主要布于柱子斜支撐和斜支撐節點區外的桁架梁腹桿上,柱子塑性應變很小。該體系的破壞機理為,桁架腹桿首先進入屈服,斜撐范圍內的柱段應力較低,沒有或者較晚進入屈服。體系具有較好的延性,滿足強柱弱梁、強節點弱構件的受力要求

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