钢结构门式刚架在大跨度工业建筑中的优化设计与应用

本文通过对大跨度建筑的结构特点和环境需求的分析,提出一种基于钢结构门式刚架的优化设计方法。该方法综合考虑结构的强度、稳定性、抗震性能以及经济性等因素,以满足大跨度工业建筑的复杂工程要求。旨在为相关从业者提供参考,推动大跨度工业建筑领域的技术创新和进步。

某双跨无吊车门式刚架结构最优柱距研究

国内一些知名开发公司通常会在与设计院签订的新项目合同条款中给出用钢量的限值,从而达到控制成本的目的。这对建筑结构设计提出了挑战,结构工程师需要知道哪些因素会对用钢量影响比较大。门式刚架作为一种轻钢结构被广泛应用,其用钢量问题日益受关注。针对一具体双跨无吊车门式刚架,通过研究柱距对用钢量的影响,找出门式刚架最优的柱距,从而给出结构设计优化建议,可为同类型结构设计做参考。

模块化冷弯薄壁型钢结构体系低层村镇住宅设计研究

在传统冷弯薄壁型钢结构体系的基础上,从模块化、装配化角度出发,提出了一种适用于低层村镇住宅的新型结构体系——模块化冷弯薄壁型钢结构体系。首先,简述了墙体模块单元的构成,给出了7种通用标准化墙体模块单元,并介绍了基于通用标准化模块单元的村镇模块化户型构建原则及过程;其次,详述了便于快速装配安装的标准墙体单元间模块化连接方式,对模块连接节点进行了受力分析及数值模拟,并给出了模块化冷弯薄壁型钢结构体系构建的原则;最后,重点介绍了适用于所有冷弯薄壁型钢结构体系的抗剪墙长简化设计方法以及基于模块化冷弯薄壁结构体系的抗剪墙长设计方法,并通过实际案例详述了墙长确定过程,同时对比了不同计算方法的抗剪墙长,进一步验证了所提出的抗剪墙长简化设计方法的可行性。结果表明:所提出的模块化冷弯薄壁型钢结构体系可大幅提高冷弯薄壁型钢结构低层村镇住宅的工业化和产品化水平,大幅缩减了工期;所提出的抗剪墙长简化设计方法可显著降低设计门槛,便于该类体系的推广应用。

嵌套加强的LQ550高强冷弯薄壁C型钢连续檩条受力性能研究

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部屈曲和嵌套端部局部屈曲两种破坏形态。采用ABAQUS软件建立了非线性有限元模型对嵌套加强的檩条进行数值模拟,有限元分析得到的承载力和破坏形态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。基于验证的有限元模型,分析了两种嵌套方式和不同嵌套长度对檩条承载力的提升,且表明嵌套檩条的长度宜取为连续檩条跨度的1/5~1/4。

冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接性能试验研究

开展冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接抗剪性能试验研究,完成35个典型试件单调拉伸及低周往复加载试验,分析结构防火一体板厚度、螺钉直径、螺钉端距及加载角度等因素对其抗剪性能的影响。结果表明:不同加载角度及螺钉端距的试件呈现不同的破坏模式,主要包括板材端部撕裂破坏、板材孔壁承压破坏、板材被拉断破坏等,且破坏时试件的自攻螺钉存在不同程度的倾斜。对于试验端分别采用直径为4.8、5.5 mm螺钉的试件,试件的峰值荷载及延性系数与螺钉直径无明显相关性,弹性刚度随着螺钉直径增大而显著提升;随着螺钉端距由15 mm增大至25 mm,试件的弹性刚度无明显变化,而峰值荷载和延性系数提高了约35%;随着板厚由12 mm增大到20 mm,试件的峰值荷载提高了约40%,弹性刚度提高了约90%,延性系数降低了约30%;与加载角度为0°的试件的特征参数相比,加载角度为45°时,试件弹性刚度提高了约100%,峰值荷载及延性系数无明显差别;加载角度为90°时,试件弹性刚度及峰值荷载无明显差别,延性系数降低了约40%。

带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙低周往复加载试验研究

为研究带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙的抗震性能,对1个型钢混凝土组合剪力墙和4个钢芯板混凝土组合剪力墙进行了循环往复加载试验;观察带PBL剪力键的钢芯板混凝土组合剪力墙在水平循环荷载下的破坏全过程,并分析该类剪力墙的滞回特征、变形能力、承载能力、耗能性能、刚度和强度退化能力。结果表明:钢芯板混凝土组合剪力墙的破坏模式主要为弯曲型破坏,滞回曲线较为饱满;配置钢芯板的剪力墙承载力、延性性能和耗能能力较优;PBL剪力键的构造方式可保证钢芯板与混凝土之间的黏结性能完好,PBL剪力键平放会导致剪力墙出现沿PBL剪力键的水平通缝,影响剪力墙承载能力的发挥,建议采用PBL剪力键竖放的构造形式。

轻钢龙骨防火组合楼板梁板节点连接试验研究

轻钢龙骨防火组合楼板是一种新型的装配式楼板,因为自重较小,同时具有较大的承载力,板底板顶附层为防火楼板,具有较好的防火能力,该种楼板作为简支板直接放置于工字钢梁上,支座处无法传递负弯矩,因此在梁顶支座处会出现一条通缝,严重影响使用效果,同时简支板体系也不符合抗震规范的要求。本文提出一种新的支座处梁板节点连接方式,目的是通过合理连接,实现支座处能够传递负弯矩,由简支变为固结。试验采用液压千斤顶对试件施加静荷载,对11个全比例节点连接试件进行研究,考虑连接件搭接长度、连接件厚度、连接所用的自攻螺钉(螺栓)的数量,以及连接件尺寸对梁板连接节点承载力和挠度的影响,并对节点连接件与C型轻钢龙骨之间的变形协调能力做出了分析。研究表明,本文提出的以Z型钢为连接件的梁板节点连接方法安全可靠,可实现该新型楼板的双跨以及多跨连接。

冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间受力性能研究

提出了一种新型的冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体,并对2片不同层数的足尺墙体试件进行了拟静力试验。依据破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数等性能指标,与单层墙体对比,重点考察双层墙体上下层间的受力性能。此外,基于ABAQUS有限元分析软件对双层墙体的滞回性能进行模拟,并对层间连接部位的层间边框梁屈服强度、层间抗拔螺栓间距和高宽比进行参数分析。结果表明:试验全程双层墙体上下层间螺栓连接无明显滑移与拔起,具有半刚性特征,且根据位移计实测结果,墙体上下层间位移趋近于0;在考虑了上下层间连接部位后,双层墙体的位移延性系数和峰值荷载较单层墙体分别降低了1.84%和8.33%,说明冷弯型钢“框-墙”复合结构墙体上下层间传力、连接性较好;层间边框梁屈服强度和层间抗拔螺栓间距对墙体的抗剪承载力和抗侧刚度影响较小,而高宽比对双层墙体的抗侧刚度和抗剪承载力影响较大;研究成果可为该类墙体应用于多层冷弯型钢房屋住宅提供参考。

多联机系统与轻钢装配式建筑一体化设计新方法

近年来,轻钢装配式建筑因施工便捷、环境效益高等优势,大量应用于工程实践,有很好的应用前景。而由于传统暖通空调设计方法导致的后续施工会二次破坏建筑构件,传统暖通空调设计方法已不适用于轻钢装配式建筑。目前,针对暖通空调与轻钢装配式建筑融合发展的研究与应用相对较少,为填补该领域的空白,提出了一种暖通空调系统(以多联机为例)与轻钢装配式建筑一体化设计新方法IB-VRV(variable refrigerant volume air conditioner integrating with buildings)。探究了适用于传统建筑的暖通空调设计方法与适用于轻钢装配式建筑的暖通空调设计方法的差异。并根据这两种暖通空调设计方法的差异,在现有传统暖通空调设计理念的基础上,凝练出暖通空调系统与轻钢装配式建筑融合发展三项原则。这三项融合原则分别为结构安全优先、非同寿命周期和功能区弹性化原则。基于上述三原则,进一步提出暖通空调系统与轻钢装配式建筑融合新方式,并以多联机系统为案例展开深入分析。研究结果表明,所提出的IB-VRV能够弥补传统暖通空调设计方法应用于轻钢装配式建筑的不足,并能充分发挥轻钢装配式建筑自重轻、结构简单、构件小可暗装等优势。该研究为暖通空调系统与其他类型装配式建筑一体化设计开拓了思路,奠定了理论基础。

基于实体火试验的新能源轿车库防火设计问题探讨

新能源汽车产业发展迅猛,对完善汽车库防火设计提出新需求。对典型的建筑内新能源轿车火灾进行案例剖析,开展首例单库存新能源轿车实体火试验并探讨车库防火设计对策要点。研究结果表明:电池包热失控挥发灰色可燃气体但持续时间不等且库内受限空间易发生爆燃;库内空间壁面热反馈可能加速车体燃烧;试验轿车猛烈燃烧阶段持续时间占总燃烧时间约20%。建议新能源汽车库防火设计注重早期热失控征兆探测和后期燃烧范围控制及被动安全技术措施,库内设置带有拾音功能的摄录装置及耐火极限不低于2.00 h的分隔构件。

轻钢密肋墙体竖向极限承载力分析及试验研究

采用有限元软件ABAQUS对不同立柱截面尺寸、立柱间距、墙体高度的轻钢密肋墙体进行有限元数值模拟,研究不同因素对轻钢密肋墙体竖向极限承载力的影响。结合分析结果,设计了4片密肋墙体并进行静载荷试验。结果表明:轻钢密肋墙体数值模拟与试验的破坏情况较为一致,并且其竖向极限承载力的模拟值、试验值吻合度较好。依据GB 50017—2017《钢结构设计标准》中轻钢密肋墙体竖向极限承载力计算方法,将计算所得公式值与有限元模拟值、试验值进行对比,最大偏离度0.109,三者的比值均在0.95~1.11,极限承载力公式计算结果吻合较好。

西藏某钢框架住宅结构设计

因钢框架结构相对混凝土结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短和节能环保等优点,在西藏某政府周转房设计中采用装配式钢框架结构形式,对钢框架结构在高层住宅中的应用进行技术探讨。首先,根据建筑布置及初步结构计算,确定钢框柱、梁、板的布置及截面尺寸;其次,用PKPM计算结构的各项性能指标;最后,进行节点和楼梯及防火设计。结果表明:结构模型的各项指标均满足现行规范要求,该设计方案是可行的,可供相关工程参考。

冷弯薄壁C型钢组合桁架梁受力性能试验研究

随着我国绿色建筑发展的不断推进,轻钢结构开始展露头角。冷弯薄壁型钢作为新型建筑材料,在轻钢建筑中仍有较大的发展空间,因此对冷弯薄壁型钢的受力性能进行分析具有一定程度的工程价值。首先开展C型钢组合桁架梁承载力和变形实验,在此基础之上利用ABAQUS建立C型钢组合桁架梁有限元模型,分析有无缀板、自攻螺钉等因素对于组合桁架梁承载力的影响。本文的实验结果表明裸露的骨架梁由于自攻螺钉的剪切而损坏,最终的承载能力取决于螺钉的抗剪能力;缀板的加固对提高梁的承载能力有着显著的影响。

工业厂房中门式刚架轻型房屋钢结构设计研究

为了解决工业厂房中门式刚架轻型房屋钢结构设计中存在的节点设计、荷载设计、支撑设计等问题,本文介绍了门式刚架轻型房屋结构设计的优势及常见问题,分析如何通过荷载计算、平面构造设计、支撑设计以及节点设计来解决相关问题,同时还提出了防火设计方面的内容。最终结果显示,本次研究所提出的设计措施能够有效应对当前设计问题,有助于提高结构稳定性。

模块化变电站预制舱竖向静力性能试验与数值模拟研究

为了探究模块化变电站预制舱结构在设计荷载作用下的安全性,以及不同设计参数的影响规律,开展了预制舱结构竖向静力性能研究。对实际工程安徽蚌埠临港220 kV变电站预制舱进行了竖向静力加载试验,利用ABAQUS有限元软件对预制舱进行了竖向推覆数值模拟,分析了预制舱的破坏模式,开展了预制舱竖向受力性能参数分析。结果表明:在设计荷载作用下,预制舱承载力和变形满足标准GB 50017-2017要求。在竖向推覆作用下,门洞处梁柱连接、舱底主次檩条连接先后受损,瓦楞板基本不会受损。设置立柱使预制舱下长梁最大位移减小了32.7%,门洞处建议布置立柱;单侧布置荷载使预制舱最大位移减小了39.9%,设备尽量布置在无门洞一侧;与增大瓦楞板厚度相比,底部铺设封板可有效减小预制舱竖向位移;对于大跨度预制舱,建议采用底梁三等分点吊装;预制舱优先端部开窗洞,加载侧开洞时应限制开洞数量及洞口间距。研究明确了预制舱结构的竖向承载性能,提出了设计建议,可为预制舱在实际工程中的应用提供一定的参考。

长细比对轴压下高强拼合冷弯薄壁型钢受力性能影响研究

为研究长细比对轴压下壁厚小于1mm的高强拼合冷弯薄壁型钢力学性能的影响,基于《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)设计并制作了壁厚为0.8mm的S550级单肢C形截面立柱和开口双肢组合截面立柱共12根试件。长细比分别为30、40、50、60、70、80,通过控制基本试件尺寸不变,分别改变试件高度进行试验研究。分析结果表明,立柱截面相同时,壁厚为0.8mm的S550级冷弯薄壁型钢试件的轴压承载力随长细比增大呈下降趋势,按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)中的相关公式计算是偏于安全的;相同长细比条件下,开口双肢组合截面立柱的极限承载力是单肢C形截面立柱的2.03~2.13倍。

门式刚架轻型房屋钢结构雪灾事故分析与反思

2008年初南方遭遇罕见降雪,连同2007年初的东北暴雪,均造成大范围地区的严重受灾,并涉及方方面面。其中,轻型房屋钢结构自身的超载能力差,遇到这种罕遇荷载后发生大量事故,有必要对事故的原因进行分析与反思。针对门式刚架轻钢工业厂房的事故进行较全面的分析,包括结构安全度、雪荷载的整体超载、建筑外形不当导致的局部积雪超载和清雪引发的次生灾害等内容,并通过分析,总结上述问题中包含的具体事故原因。最后在结构设计、建筑外形设计、规范和清雪措施等多方面反思,进而对当前轻型房屋钢结构设计提出相关建议。

冷弯薄壁型钢三层房屋振动台试验研究

为考察低层冷弯薄壁型钢房屋的抗震性能,进行一个三层足尺模型的振动台试验,得到低层冷弯薄壁型钢房屋结构在水平地震作用下的动力特性、地震反应、破坏机理等,并对其抗震性能进行评估。结果表明:结构在振动过程中表现为局部破坏,墙体骨架基本完好;结构呈剪切型变形形式;9度抗震设防时,多遇地震下结构最大弹性层间位移角为1/934,罕遇地震下结构最大弹塑性层间位移角为1/52,满足抗震规范关于抗震变形验算的相关规定;该房屋体系抗侧力的关键在于墙板的蒙皮作用和抗拔件的抗倾覆作用,因此应保证接缝和边角处自攻螺钉的施工质量,抗拔件应采取有效的防松措施。对结构的抗震能力进行初步评估,表明该房屋在9度多遇地震下的墙体剪力均小于其抗剪承载能力,且具有较高的安全储备。

冷弯薄壁型钢螺钉连接抗剪性能试验研究

进行了149个冷弯薄壁型钢螺钉连接试件的抗剪性能试验,主要考察螺钉端距、间距、排列方式以及螺钉数目、连接板件材料等因素对抗剪承载力的影响.分析了现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)对壁厚1.5mm以下薄钢板螺钉连接抗剪承载力设计计算方法的适用性.针对规范GB 50018—2002对螺钉连接斜拔承压破坏抗剪承载力计算的规定,提出了考虑群效应的螺钉连接抗剪承载力设计计算方法.基于对钢板净截面拉断破坏时净截面的平均应力水平分析,给出了相应的验算公式.最后,参考澳洲规范AS/NZS 4600∶2005,提出了避免发生螺钉剪断破坏的方法.

轻钢结构在房屋增层改造中的应用

结合实际工程问题,通过对原结构体系的全面分析,提出采用轻钢结构进行加层,以解决采用钢筋混凝土结构加层后轴压比严重不足的问题,使之减轻结构重量,加快施工进度.分析中采用多种设计方案与设计分析软件对比计算,并考虑原结构的特性,采用柱包角钢及植筋技术对原结构进行加固,以满足轴压比要求,并进行了详细的连接构造设计,满足了设计规范的要求.