工业化装配式高层钢结构建筑探究

　　
　　 （3）柱子承载力分析
　　
　　远大可建工业化装配式体系的柱子在上下节点处受斜撑的约束，斜撑减小柱子上下端的端弯矩，同时减小柱子的计算长度，需要对其进行详细的分析以获得该柱子的受力特性。采用ANSYS有限元分析软件，分析了结构中典型的三种柱子形式受力特性，在遇到8度多地震烈度结构整体分析最不利组合工况下，三撑柱的极限承载力是 设计荷载的2.78倍；双撑柱的极限承载力是 设计荷载的2.3倍；角柱的极限承载力是设计荷载的1.93倍。柱子满足设计要求，且具有足够的安全储备。
　　
　 　（4）主板承载力分析
　　
　　该体系主板由桁架梁和压型钢板楼板组成，压型钢板轻而薄；桁架梁弦杆由冷弯槽型钢组成，腹杆由中间无连接的双角钢组成，属于 轻钢结构。需要 研究主板的承受竖向荷载和水平荷载的能力。采用大型通用有限元软件ANSYS建立主板框架有限元实体模型，模拟主板框架细部受力情况，获得了主板的极限承载能力和破坏机理，并与前述Etsabs、Sap2000、Midas对整体结构有限元分析结果进行校核、验证。运用大型通用有限元软件ANSYS对主板框架竖向、侧向极限承载能力进行非线性分析， 研究了初始缺陷对结构受力性能及破坏特征的影响。通过对比分析，认为初始缺陷对主板框架模型受力性能影响很小，可不予考虑。通过分析位移、应力等结果数据，认为本结构满足抗震设防烈度为8度时的弹性受力要求，斜撑外边上弦杆和腹杆在设计荷载组合工况下均处于弹性受力状态，离弹塑性阶段较远，拥有良好的承载能力和安全储备能力。
　　
　 　（5）框架承载力分析
　　
　　该体系框架由槽钢、角钢组成的桁架梁、槽钢斜撑组成，与传统框架结构不完全相同。需要对其进行理论分析和有限元模拟，以获得其受力性能和破坏机理。采用ANSYS通用有限元分析软件对单榀框架模型和两榀框架模型进行有限元分析，在给定的设计荷载的作用下，通过分析单榀框架结构的荷载位移曲线以及应力变化情况，认为此结构可以承受设计软件给出的设计荷载，并基本处于弹性阶段，设防烈度达到抗震设防烈度8度的弹性受力要求。同时，在极限承载力的研究中，结构的延性得到了充分的发挥，塑性铰首先出现在梁上，满足强柱弱梁，强节点弱构件的设计要求。
　　
　 　（6）节点连接设计与试验
　　
　　该体系节点为焊接和螺栓连接，焊接工作全部在工厂车间焊接，能够确保焊接质量，其连接计算可以按照现有规范方法进行计算。现场拼接全部为螺栓连接，螺栓连接为在连接板上直接攻丝以代替螺母，为了验证攻丝的强度，进行了螺栓的拉拔试验，在整个试验过程中连接板的螺纹没有屈服破坏，螺栓没有拔出，抗拔力远远大于高强螺栓的抗拉强度，满足受力要求。进行了梁柱螺栓连接的强度试验，并推导了梁柱连接的刚度，节点在达到设计荷载时，均未有测点出现屈服，梁柱节点满足设计承载力及刚度要求。进行了柱-柱的法兰连接试验，整个试验过程法兰连接面没有滑移、松动、分离等现象，其满足设计强度要求，极限荷载下破坏位置在法兰连接两侧，不在法兰处，其连接可以按照刚性连接计算。
　　
　　 （7）单榀框架理论分析与试验
　　
　　运用大型通用有限元软件ANSYS对从整体结构中分离出来的4个不同构造形式的单榀一层两跨框架模型进行实体有限元的精细分析，并进行了原尺寸的框架试验。有限元分析与试验结果进行对比分析，计算分析与试验研究互相验证。试验了两种框架，第一种模型：柱子通过斜支撑与两侧主梁相接，简称“全撑框架”；第二种模型：柱子通过斜支撑与单侧主梁相接，简称“单撑框架”。试验模型的实体有限元分析、整体模型的杆系有限元分析与设计和模型试验结果吻合，通过有限元分析和模型试验获得了框架的设计承载力、极限承载力和破坏机理。其破坏机理为斜撑外的桁架梁腹杆先屈服，斜撑外侧的桁架梁弦杆后屈服，柱子和节点不屈服。保证了“强柱弱梁、强节点弱构件”。在设计承载力下，框架不屈服，应力比低于设计强度，满足规范的设计承载力、极限承载力要求。同时，采用SAP2000和ETABS软件的对试验模型进行了设计，通过与SAP2000和ETABS软件的规范设计结果对比分析，证明可以采用此软件进行该结构体系的设计工作。
　　
　　 （8）钢构件防腐技术研究
　　
　　本项目研究调研了国内外钢结构防腐的措施，并进行了对比分析。引用了各种防腐措施的试验报告和工程实例。通过对比分析，最终确定了该体系的防腐措施为冷镀锌防腐。
　　
　　 （9）舒适度计算
　　
　　高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高楼内居住的人们感觉不舒适。按照JGJ99-98《高层民用 钢结构建筑钢结构技术规程》第5.5.1条做出如下规定：进行了体系在风荷载作用下的顺风向和横风向顶点最大加速度的计算，结果满足设计要求。
　　
　　按照《高层民用建筑钢结构技术规范》7.8.3中给出关于楼板舒适度的具体要求和《高层混凝土结构技术规程》中关于楼盖舒适度的有关规定，分别用理论计算和有限元分析两种方法进行竖向自振频率计算，进而进行楼板舒适度分析，其舒适度满足要求。采用ABAQUS有限元软件进行了楼梯的舒适度分析，其舒适度满足要求。该结构构件加工工厂化，连接采用高强螺栓，工地现场拼装，加工、安装方便快捷，显著节省工期。该结构体系新颖，受力合理，承载能力高，显著降低结构用钢量，适用于多高层钢结构，符合绿色建筑的要求，机遇良好，具有广阔的发展前景和应用价值。
　　
　　项目组将在已有工作基础上，更系统、更深入地展开研究，推进我国多高层钢结构体系创新和房屋钢结构产业化。