北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示:1)风压分布规律为:北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下半部的风压系数有所变化,但无明显规律。2)风荷载体型系数规律:北风时,以北墙外倾角90°(即竖直)为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%~26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%~57%,使后屋面东、西两边缘体型系数绝对值减小62%和66%,使后屋面中段体型系数由负变正;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,以北墙外倾角为90°为参照,α为30°可使后屋面中西段体型系数绝对值减小约30%~38%,北墙外倾角的变化对屋面其他区域风荷载体型系数影响不大。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。

门式刚架二次包浇混凝土钢柱脚节点性能的有限元分析

现代规模化畜禽养殖舍、屠宰场、农产品加工车间等建筑常采用门式刚架轻型钢结构体系,钢柱脚往往采用简易外露式柱脚。这类建筑室内湿度较大,有时还有一定的腐蚀性,出于对钢柱脚的保护和提高结构耐久性的目的,常采用二次包浇混凝土的做法。因包浇混凝土通常为素混凝土,因此结构受力分析与设计中,忽略了二次包浇混凝土对节点抗弯承载力、转动刚度以及延性的影响,使分析结果与实际工况有一定差异,可能带来设计上的浪费或安全隐患。因此,以此类建筑的轻型钢结构为工程背景,针对门式刚架二次包浇混凝土钢柱脚节点,在轴压和弯矩共同作用下,考虑100,150,200 mm三种包浇混凝土厚度进行分析,发现包浇混凝土能明显提升柱脚的抗弯承载力和延性,且厚度越大,提升幅度越大,同时对转动刚度也有一定提高。进一步,在包浇混凝土厚度150 mm时,考虑在包浇混凝土内不加钢筋网、加一层钢筋网和加两层钢筋网三种情况,以及在包浇混凝土段加4 mm和6 mm外包钢的两种情况,采用通用商业有限元软件模拟分析,共对比了8种情况对钢柱脚受力性能的影响,重点关注抗弯承载力、转动刚度与延性。结果表明:包浇混凝土受拉侧与受压侧均存在塑性应力集中,受压侧下部较上部更为集中,受拉侧上部较下部更集中;随着包浇混凝土厚度的增加,对柱脚的抗弯承载力和延性系数的提升越来越大;两种钢筋网的加入对转动刚度均有一定的提升,其中铺设两层钢筋网的提升效果更为明显,上部附加一层钢筋网使得包浇混凝土的上部塑性应变区域变小;上、下部各附加一层钢筋网使得混凝土上、下部的塑性应变区域均变小,说明钢筋网对混凝土提供了有效约束,可延缓包浇混凝土的裂缝开展;上、下两层钢筋网均承担一定的拉应力,尤其上部钢筋网承担更大的拉应力;包浇混凝土段外加一层外包钢,对于柱脚的抗弯承载力提升效果不显著,但对柱脚的转动约束刚度有一定提升。因此,建议门式刚架结构受力分析时计入二次包浇混凝土对柱脚抗弯承载力、转动刚度和延性的贡献,可使设计更为精准。若包浇混凝土厚度较厚、附加钢筋网或外包钢时,则应考虑柱脚的转动约束,不宜再用铰接分析,可使门式刚架结构分析更为合理。