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。

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%。

489米超高层建筑抗倒塌分析案例研究

超高层建筑的抗倒塌设计是其安全设计中的重要一环,保障超高层建筑的抗倒塌性能对于保护人民生命财产安全具有重要意义。现阶段系统考虑超高层建筑抗地震倒塌和抗连续倒塌研究的工程案例还比较有限。该文对一489 m超高层结构的抗地震倒塌能力、抗爆能力和关键竖向构件拆除后的抗连续倒塌能力进行了分析,结果表明:该超高层结构在所选取的8组地震动记录下的抗倒塌安全储备系数为3.59,抗地震倒塌性能良好;在爆炸距离为5 m的情况下箱包炸弹的TNT当量达到约3.2 t时可以造成结构倒塌,在爆炸距离为10 m的情况下,面包车炸弹的TNT当量达到约10.0 t时可以造成结构倒塌;在巨柱、塔冠钢柱、次级钢框架吊柱和承重柱等关键竖向构件中的一根构件被拆除后,结构备用传递路径能够发挥作用,整体结构抗连续倒塌性能良好;在拆除两根底部巨柱的情况下结构未发生倒塌,而在拆除三根底部巨柱的情况下,若拆除的巨柱不是建筑相邻角四根巨柱的三根,则结构依然可以不发生倒塌,反之则发生倒塌。该文分析方法和结果可以为类似超高层建筑的防倒塌设计提供参考和借鉴。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢板剪力墙(一)

钢板剪力墙具有抗侧刚度大、占用建筑空间少的优点。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,介绍了钢板剪力墙弹性、弹塑性分析的模拟方法,以及钢板剪力墙抗震性能水准的评价标准。对钢板剪力墙设计中的一些关键问题进行了讨论,如钢板剪力墙受剪承载力的计算方法、框架-钢板剪力墙结构考虑初始缺陷的必要性、实现强框架弱钢板剪力墙的设计方法。同时介绍了数种适用于钢板剪力墙的防火装饰一体化构造做法。希望可以为实际工程项目中钢板剪力墙的设计提供参考。

机械应力分级杉木锯材的顺纹抗拉强度

以杉木锯材为研究对象,对比了不同强度等级机械应力分级杉木锯材的动态弹性模量范围和试样数,探究了机械应力分级杉木锯材的顺纹抗拉强度概率分布规律,并开展了机械应力分级杉木锯材顺纹抗拉的可靠度分析.结果表明:可基于动态弹性模量对杉木锯材进行机械应力分级,机械应力分级杉木锯材位于主要强度等级材质区域Q_(2)、Q_(3)、Q_(4)的试样数占比超90.0%,其顺纹抗拉强度的最优概率分布为对数正态分布;杉木锯材顺纹抗拉强度设计值明显高于未分级和目测分级杉木锯材.

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢板剪力墙(二)

钢板剪力墙具有构件形式简单、连接节点容易实现、受力性能优良等优点,在多高层钢结构建筑中的应用日益广泛。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,介绍了考虑竖向加劲肋共同受力时钢板剪力墙的受压稳定计算方法和竖向加劲肋门槛刚度的计算方法,给出了与现行规范计算方法的结果对比,同时还介绍了钢板剪力墙上开设门洞的设计方法。希望可为实际工程项目中钢板剪力墙的设计提供参考。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢柱脚

根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢柱脚的轴力传力机制以及外包式钢柱脚的弯矩传力机制。对于外包式钢柱脚,指出规范关于外包混凝土最小高度要求的实质,提出了钢柱传递至外包混凝土的轴力、界面抗剪、外包混凝土的抗冲切等计算公式,并对《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—2015)关于外包式钢柱脚极限受剪承载力的计算公式提出了改进建议。现行规范关于钢柱下混凝土的局部受压计算,偏不安全,提出了基于壁板以及钢柱整体的混凝土局部受压计算方法。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——弯矩调幅法

《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)对钢梁采用弯矩调幅法的设计要点进行了详细规定,但弯矩调幅法的实际应用依然不多。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢结构采用弯矩调幅法的应用意义、理论背景、适用条件和构造要求等。以期介绍的相关内容能够促进弯矩调幅法在钢结构设计中的应用。

不同端柱截面的小截面木框架剪力墙抗侧性能试验与剪切刚度理论计算方法研究

我国的《木结构设计标准》(GB 50005—2017)中给出两种适用于低、多层建筑的木结构形式,分别为第7章的木框剪剪力墙体系和第9章的轻型木结构体系。对于轻型木结构体系国内外学者已经做了大量的研究而木框架剪力墙的研究相对较少。文章对不同端柱截面的小截面木框架剪力墙进行了低周反复加载试验,并采用ABAQUS有限元通用软件,通过自定义非线性弹簧单元模拟钉连接进行墙体数值模拟分析,研究墙体的抗侧性能和端柱对抗侧性能的影响。文中提出一种考虑了钉连接刚度、钉排布方式、端柱截面等因素的墙体剪切刚度计算方法,完善了小截面木框架剪力墙体刚度的计算理论。结果表明:剪力墙极限荷载、剪切刚度、累积耗能均随端柱截面的减小而降低;不同端柱截面的墙体延性系数接近并且均大于3,墙体具有较好的塑性变形能力;剪力墙工作过程中间柱、端柱应变较小,始终处于弹性阶段;提出的计算方法与试验结果、数值模拟结果均吻合良好,为该类结构体系的性能研究及工程设计提供了计算依据。

钢结构精细化抗震设计方法综述

相较于传统的钢结构抗震设计方法,采用钢结构精细化抗震设计方法时,地震作用效应取值与结构的延性发生更为明确的关联,且板件、构件、结构的分类基于延性,力学概念更为清晰。详细介绍了结构影响系数的计算方法,构件抗震验算方法,板件、构件和结构的分类,并介绍了不同钢结构体系的屈服机制、验算方法以及钢结构抗震性能化设计方法。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

田野上的风景——天府农业博览园青苗项目设计建造实践

天府农业博览园青苗项目是一个向自然学习的案例,采用化整为零的单元式建筑形式,通过建筑与结构的一体化设计,实现“形”与“力”的融合。在施工阶段,围绕木结构装配式施工的特点,对构件深化设计、材料加工和现场施工进行全方位把控,实现主体结构规模化快速安装与细部精细化施工的全程衔接,保证了项目的高完成度。

村镇住宅木结构体系及简易钢拉带支撑应用研究

木结构具有抗震性能好、低碳环保的优点,但原材料的高成本以及结构构造的高要求制约了其在村镇住宅中的推广。比较了典型的木结构体系及其墙体构造,分析讨论了其性能的特点和优劣,对适用于村镇住宅建筑的木结构体系进行了探讨,提出了一种可高效提升既有或新建传统木结构建筑整体性和抗震性能的简易、低成本、装配式钢拉带支撑构造,并在示范工程中得到了应用,所提出的简易支撑构造提供了一种村镇住宅木结构建筑的低成本建造方案,旨在为我国低成本木结构村镇住宅的建造提供参考。

9度抗震设防区某54m钢管混凝土束剪力墙结构性能研究

钢管混凝土束剪力墙结构是一种新型装配式钢结构住宅体系,因在设防烈度9度地区应用钢管混凝土束剪力墙结构的经验不足,目前的《钢管混凝土束结构技术标准》(T/CECS 546—2018)中该体系的适用范围尚未纳入9度抗震设防区。以某高层住宅项目设计案例为背景,通过有限元分析与试验结果对比证明分层壳元可以较好地模拟钢管混凝土束剪力墙在罕遇地震作用下的弹塑性性能,采用结构抗震性能化设计方法对钢管混凝土束剪力墙结构在9度抗震设防区的结构性能进行了研究。结果表明通过适当加厚重要部位的钢管混凝土束剪力墙钢板厚度,该体系可用于9度抗震设防区。

玄武岩纤维-木纤维复合碱式硫酸镁水泥性能的改性机理

以碱式硫酸镁水泥(BMSC)为基质,以生物基循环木纤维(RWF)为轻质填料,并掺入玄武岩纤维(BF)为增强改性材料,开发出一种轻质高强、高韧性的碱式硫酸镁复合材料。从RWF填料和不同体积占比、不同长度的BF纤维出发,讨论其对改性后BMSC复合材料的流动性、分散系数(纤维)、密度、抗压强度和抗折强度的影响;通过SEM、EDS、XRD微观表征分析对复合材料微观结构的形成进行研究。结果表明:RWF的加入虽然显著降低了BMSC的材料密度,但RWF与BF结合形成复合纤维体系能明显提升BMSC复合材料的力学性能,尤其是抗折强度,较未添加RWF和BF的原生BMSC材料提升比例最高达80%以上;通过微观表征分析发现,RWF在BMSC中拥有良好的界面黏结性能,RWF与BF的共同存在使BMSC材料形成镁水泥基质-循环木纤维-玄武岩纤维体系,提升了复合材料的强度;采用基于图像识别技术的半定量化方法对碱式硫酸镁水泥5·1·7相晶体的发展程度进行辅助量化分析,为材料制备过程中BMSC产品性能的控制提供可能。

9度抗震设防区钢管混凝土束剪力墙结构性能影响因素分析

钢管混凝土束剪力墙是一种新型双钢板-混凝土组合剪力墙。以某9度抗震设防区钢管混凝土束剪力墙结构为原始算例,采用动力弹塑性有限元分析方法,分别以最大层间位移角,结构底层总剪力、轴压比、最大弯矩和剪力,混凝土损伤和用钢量为评价指标,研究了钢管混凝土束剪力墙厚度、钢板厚度、端部腔体钢板厚度、混凝土强度等级和结构整体高宽比等因素对9度抗震设防区钢管混凝土束剪力墙结构性能的影响规律,结果表明增加钢管束端部腔体钢板厚度和提高钢管束内混凝土强度等级是提升钢管混凝土束剪力墙抗震性能的最有效措施,9度抗震设防区不宜仅通过增加墙体厚度对钢管束墙体进行加强。

青苗——天府农博园首期配套项目六期工程,成都,四川,中国

“青苗”项目是一个向自然学习的案例。建筑位于田野环境之中,像植物一般以合理的方式对环境做出回应。设计采用化整为零的单元式建筑,每个单元建筑从几何中心的混凝土锥形巨柱,向3个方向生长出大跨拱形木结构屋盖,构成建筑形式语言的基本母体。

基于Grasshopper及ANSYS的空间结构参数化建模与一体化分析程序的二次开发与应用

自由曲面为建筑师提供了更多造型可能,近年越来越多的自由曲面运用在体育场馆等大跨度建筑上,要获取既满足结构受力又经济美观的结构方案,结构往往需要进行多参数、多结构形式的优化比选。基于Grasshopper参数化设计平台,利用工具命令语言TCL/TK、ANSYS的参数化程序设计语言(APDL)及Python语言进行程序的二次开发,实现了针对空间结构参数化建模、有限元分析及计算结果优选的一体化联动处理,显著提高了工作效率。以一体育馆屋面案例,完成了参数化建模、计算分析及截面优选的一体化联动计算示例,验证了该程序的有效性和实用性,可为空间结构的参数化建构和一体化分析提供参考。

装配式轻质墙体设计方法研究

随着装配式建筑的推广,装配式轻质墙体将大量使用。在梳理各类装配式轻质墙体物理力学性能的基础上,基于条板通用技术条件中的抗弯破坏荷载限值要求,提出了装配式轻质墙体在面外荷载作用下的设计计算方法及连接节点设计方法;基于22片5种轻质墙板在不同高度、不同连接方式以及不同拼缝填料强度条件下的低周反复荷载试验结果,提出了装配式轻质墙体的连接构造措施。以上装配式轻质墙体的计算方法和连接构造要求,均已反映在即将发行的地方标准《四川省装配式轻质墙体技术标准》中,标准的发行必将进一步促进装配式轻质墙体的推广应用。

基于GH及Sap2000的超高层结构参数化建模及一体化分析程序的二次开发与应用

现阶段参数化技术在建筑设计中的应用较为广泛,但在结构设计中大多用于空间结构的曲面网格划分及高层结构的结构构件轴线绘制,并通过手动倒入结构计算软件赋予属性后进行计算,重复工作较多。本文针对上述不足,基于grasshopper及sap2000的二次开发,编制实现通过输入少量参数完成超高层参数化建模及自动比选分析,全过程无需人工参与,大幅提高设计效率,在设计初期可以快速的找到较优的结构方案。通过某建筑高度452m的超高层试算实例应用,验证了该程序的有效性和实用性,为结构工程师开发类似程序提供参考,为参数化技术在结构设计中更广泛的应用奠定基础。