基于Tekla Structures的三维仿真技术应用研究

【目的】针对复杂的装配式钢结构建筑,为了保证工程质量,提高施工效率,需要对三维仿真技术的工程应用进行研究。【方法】以郑州市某装配式钢结构工程为例,利用Tekla Structures内置的三维碰撞分析模块,对碰撞问题进行优化,并进行精细化三维仿真模拟,对屋面工程的第一榀~第四榀主桁架、次桁架的施工全过程进行仿真分析,确定合理的施工方案。【结果】发现一处钢梁加劲肋与水平支撑的碰撞问题,并进行了优化设计。通过三维仿真模拟,确定了合理的屋面桁架施工方案,保证了施工质量,明显加快了工程进度。【结论】三维仿真技术对于装配式建筑的发展具有重大意义,在施工过程中应加强三维碰撞分析、三维仿真模拟,从而确保工程质量和工期进度,研究成果可为类似工程的三维仿真技术应用提供一定的参考。

装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能

为研究装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能,对1个足尺轻钢框架结构试件和3个足尺轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构试件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验及理论分析,试件变量包括:2种装配构造,即内嵌式装配墙板、外贴式装配墙板;2种轻钢骨架轻混凝土墙板,即框架式轻钢骨架轻混凝土墙板、桁架式轻钢骨架轻混凝土墙板。研究了各试件的破坏特征和损伤演化过程,分析了结构滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能性能和应变。结果表明:装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构共同工作性能良好,其水平承载力相比轻钢框架提高了204.7%~210.4%,抗侧刚度提高了257.3%~512.5%,结构变形及耗能能力有显著提高;内嵌墙板的自攻钉连接构造以及外贴墙板的螺栓连接构造传力性能可靠,结构具备2道抗震防线的受力特征;基于简化塑性分析模型以及拉压杆软化桁架模型,对试件承载力进行了计算,计算结果与试验符合较好。

三种新型钢结构体系研究

传统粗放型建造方式存在环境污染、耗能过大等问题。近年来,建筑行业正向绿色节能方向转型,推动钢结构建筑的发展是实现这一转型的重要方法和必由之路。钢结构具有自重轻、强度大、易于安装等优点,根据社会现阶段发展的需求,各种钢结构体系应运而生。为促进新型钢结构体系的发展及其工程应用,结合笔者课题组近年来相关的研究方向和成果,对装配式钢结构、自适应索杆张力结构、不锈钢材料结构三种结构体系的研究进行了详细的总结与介绍。

新质生产力背景下装配式钢结构建筑标准化施工策略研究

随着新质生产力的快速发展,装配式钢结构建筑作为一种绿色、高效的建筑方式,正逐渐受到广泛关注。本文在分析了其优势与面临的挑战后,提出了新质生产力背景下装配式钢结构建筑的标准化施工策略,为相关领域的实践和研究提供参考。

装配式钢结构建筑与既有建筑活动连接技术研究

在医院改扩建工程中,由于已有的医疗工作不能停歇,固需要尽快完成改扩建施工,以减少对医院正常运营的干扰,传统的钢筋混凝土结构较难满足上述要求。相对而言,装配式钢结构体系主要构件的加工制作均在工厂制作完成,其现场安装施工周期短,且对周围病护区和正常医疗工作影响小。通过研发一种与既有建筑可调标高的活动连接,以满足医院扩建工程的要求。

装配式型钢混凝土叠合框架梁连接节点构造设置与安全分析

住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》提出大力发展装配式建筑、推动生产和施工智能化升级的主要任务。而国内目前采用的预制叠合框架梁存在着跨度大自重大吊装成本高、预制梁柱节点位置易发生钢筋碰撞吊装定位难度大等问题,限制了装配式建筑结构的发展。结合实际工程项目,提出一种新型的装配式型钢混凝土叠合框架梁,并对该叠合梁的构造设置、连接方式及安全性进行分析,从而为装配式框架结构、框架—剪力墙结构等装配式建筑中框架梁的深化设计提供一种新的拆分方案。

全装配式钢结构楼板动力性能及舒适度有限元分析

针对全装配式楼板刚度偏低、舒适度不足的问题,优化设计一种已有的新型全装配式钢结构楼板;基于承载力和自振频率对该楼板的承重结构进行选型,并建立考虑构造体的全装配式钢结构楼板精细化有限元模型,采用有限元方法分析该楼板的动力性能,研究全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度和楼板跨度对楼板自振频率及加速度响应的影响。结果表明:优选的全装配式钢结构楼板特型波纹板具有较大承载力并可以满足楼板自振频率要求;增大全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度、高度,减小楼板跨度,可以增大楼板的自振频率,减小峰值加速度,有效改善楼板的舒适度;全装配式钢结构楼板特型波纹板厚度宜选为1.5 mm,并得到常用全装配式钢结构楼板特型波纹板高度的适用楼板跨度范围。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

东北寒冷地区装配式农房热性能实测研究

双碳背景下,装配式轻钢结构建筑因其高效、经济、低碳的优势,成为当代乡村住宅建设发展的首要选择。以大连市复州城镇农房为例,通过对比分析装配式轻钢结构农房与当地传统青石砌筑结构农房的围护结构热工性能,从节能、环保效益角度分析装配式钢结构农房应用东北寒冷地区的适宜性。此外,实测结果表明装配式轻钢结构农房存在热稳定性差的问题,基于热稳定性影响因素分析发现提高外围护结构蓄热性能可有效提高轻质建筑的热稳定性和热舒适性。

装配式钢结构住宅发展策略选择研究——基于SWOT-AHP分析

针对我国农村地区积极推广装配式钢结构住宅的总体形势,本文旨在提供一种选择装配式钢结构住宅发展策略的方法。采用SWOT分析方法识别农村地区发展装配式钢结构住宅优势、劣势、机遇、威胁,并通过AHP分析各因素权重;基于权重结果计算得到优势、劣势、机遇、威胁的总体强度构建战略四边形,进一步分析WO、SO、WT、ST四个战略的战略面积和战略方向角,以此确定优先选择战略和相应的发展策略,希望为农村地区的装配式钢结构住宅推广提供参考。

装配式轻钢框架-短肢组合墙结构抗震性能研究

为研究装配式轻钢框架-短肢组合墙结构的抗震性能,对3个足尺试件(1个轻钢框架结构、1个轻钢框架-短肢桁架结构、1个轻钢框架-短肢桁架组合墙结构)进行了低周反复荷载试验。分析了结构破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度退化、变形性能、耗能和应变。结果表明:短肢桁架以及短肢桁架组合墙作为结构第一道抗震防线,高效提升了轻钢框架结构的抗震性能;相对于轻钢框架结构试件,轻钢框架-短肢桁架组合墙结构试件的极限承载力提高了28482%,初始刚度提高了24446%;组合墙内的短肢钢桁架与混凝土的共同工作性能良好,混凝土的约束作用抑制了短肢桁架的屈曲失稳,短肢桁架提高了组合墙核心混凝土的变形能力。所提出的装配式轻钢框架-短肢组合墙结构传力路径明确、抗震性能优越、装配便捷,特别适用于低、多层装配式轻钢组合结构,其设计思路同样可用于其他装配式钢框架结构。

装配式钢纤维混凝土节点抗震性能研究

为提高装配式混凝土节点抗震性能,在装配式梁柱节点核心区后浇混凝土中掺入钢纤维,结合ANSYS有限元软件,建立某装配式梁柱节点精细有限元模型,与试验结果对比验证有限元分析的可靠性。采用细观均匀化方法确定钢纤维混凝土非局部增强塑性损伤微平面模型的参数取值,研究钢纤维体积掺量等因素对节点力学性能的影响,并将钢纤维混凝土节点应用于装配式框架结构,基于OpenSEES平台进行动力时程分析,考察对结构整体抗震性能的改善作用。结果表明:在核心区掺入钢纤维,可提高节点的承载力和延性,提高幅度分别为4.14%~10.52%和2.94%~34.55%。在结构底部节点区增加钢纤维,可减小结构的层间位移、层间位移角和基底剪力,改善装配式框架结构的抗震性能;当钢纤维掺量较高时,对结构整体抗震性能改善不明显。

装配式钢结构住宅成本管理研究

为科学有效地管理和控制装配式钢结构住宅的成本,从成本发生的源头入手,识别并筛选出25个影响因素,构建了基于解释结构模型的装配式钢结构住宅成本影响指标体系,清晰直观地分析各因素之间的相互影响关系。同时,引入理想点法计算各因素的组合权重,以此得出了主要的影响因素。研究结果显示,钢构件及“三板”构件采购的经济性等6个影响因素对装配式钢结构住宅成本的影响较大,故被确定为成本管理的关键要素。为实现对成本的有效管控,根据分析结果,从控制钢构件及“三板”构件的成本等4个方面提出了改进建议。

钢结构建筑工程施工工序碳排放定额研究

针对钢结构建筑工程装配式施工过程特点,提出基于工序的钢结构建筑工程施工碳排放计算方法,结合某多层钢结构建筑开展钢结构基础、钢构件吊装和安装工序的碳排放定额研究。现场计测所得10种钢结构建筑基础施工工序碳排放为17.72~151.26(kgCO_(2)/个基础);首节柱和二节柱吊装工序碳排放分别为10.52(kgCO_(2)/根钢柱)和14.59(kgCO_(2)/根钢柱);三种截面尺寸钢柱安装工序碳排放为38.16~69.18 (kgCO_(2)/根钢柱);主梁和次梁汽车吊吊装工序碳排放分别为7.73(kgCO_(2)/根钢梁)和4.52(kgCO_(2)/根钢梁),采用塔吊吊装时,相应碳排放降低至2.40 (kgCO_(2)/根钢梁)和2.22(kgCO_(2)/根钢梁);主梁安装节点共14种,工序碳排放为13.84~125.96(kgCO_(2)/根钢梁);次梁安装节点共11种,工序碳排放为10.39~43.49(kgCO_(2)/根钢梁)。研究提出的工序碳排放计测方法,所得结果可呈现钢结构建筑分部分项工程碳排放源构成特征;计测获得的工序碳排放定额参数,可支持多层钢结构建筑工程建造阶段的碳排放计算,以及施工方案的低碳优化。

基于装配式建筑钢结构方案设计的全生命周期碳排放研究

为研究装配式建筑不同钢结构方案的全生命周期碳排放差异,对某实际预制建筑项目分别进行模块化钢结构方案和钢框架方案设计,并基于全生命周期评价理论定量分析两者的全生命周期碳排放。结果表明,模块化钢结构的全生命周期碳排放总量比同等规模的钢框架结构高10.61%;运行阶段和建材生产阶段是两种结构体系全生命周期碳排放中占比最大的两个阶段,分别达到了73.33%和81.11%;模块化钢结构的模块重复利用及施工的高效率可有效降低碳排放量。最后,提出了钢结构建筑的减碳设计策略,为低碳建筑设计提供参考。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

钢筋桁架楼承板在钢筋混凝土框架结构中的应用

钢筋桁架楼承板作为主体结构和外围护结构中常见的预制构件而被广泛应用。本研究基于徐庄高新区某工程总承包项目,研究了钢筋桁架楼承板在钢筋混凝土框架结构体系中的应用,总结了工程施工中的重难点,并提出了相应的施工措施,取得了较好的社会效益和经济效益。

装配式钢结构在闽南古建筑保护中的应用

将现有的装配式钢结构技术应用于闽南古建筑的修缮保护项目,基于质量、工期、成本等目标,与传统钢筋混凝土结构进行对比,研究结果表明:装配式钢结构用料更经济,总造价节约近20%,成本优势明显;总工期节约近40%,工期优势明显;施工现场不断校准,加工精度高,工程质量优势明显。

带楼板装配式钢混组合节点抗震性能分析

为了研究楼板组合效应对模块化钢混组合十字形节点抗震性能的影响,在已有试验研究基础上,通过ABAQUS软件建立了模块化钢混组合十字形节点的三维实体模型并进行可靠性验证。在此基础上,分析了轴压比、楼板宽度、楼板厚度和配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明,轴压比对节点抗震性能影响显著,轴压比大于0.4时,节点塑性转动性能随轴压比的增大而降低。当楼板宽度增大为1200 mm时,承载力和初始刚度分别降低约25.3%和28.5%,但其对节点的延性和承载力退化影响较小。楼板厚度和配筋率对节点抗震性能影响均较小,可忽略不计。

装配式钢结构建筑电气设计浅析

文章以苏州市太仓某厂区装配式钢结构宿舍为例,主要通过结合设计过程中遇到的问题,阐述电气设备管线在项目中敷设安装方式的选取,以满足装配式钢结构建筑、结构预制构件生产安装的合理合规、快速高效性。