装配式钢结构梁柱连接节点研究进展

装配式建筑既是建筑现代设计理念、构件生产、现场管理革新的重要途径,也是推行组件化理念和智能化转型的重要举措。结合目前国内装配式钢结构梁柱连接节点研究情况,对可恢复式梁柱节点、方钢管柱-桁架梁、带悬臂梁节点、框架体系装配式节点形式的构造和力学性能进行阐述与总结。研究表明,装配式钢结构梁柱具有良好的承载力、延性和抗震性能,但是目前基于装配式节点构造及各参数的研究主要针对二维平面,一定程度上制约了其应用和发展,后续需对节点在火灾作用下的破坏及损伤时序、三维空间结构中楼板与梁柱节点的连接方式和考虑楼板后整体结构的复位机理与刚度变化历程进行进一步研究,为增加新材料、新工艺的应用,推广至实际工程提供理论依据。

杭州电竞中心结构设计重难点概述

杭州电竞中心内圈主体结构采用钢框架-支撑结构,外圈采用“大倾角梭形斜柱+多段钢折梁框架”,是集承重与抗侧力于一体的结构体系,屋盖采用车辐式索承网格自平衡结构形式。详细介绍了地下结构、中央场馆结构的设计要点,门厅处利用建筑造型空间设计为多段钢折梁与跨层桁架相结合的结构形式;室内二层至三层楼面设计一浮空弧形人行桥,截面形式为薄壁钢箱梁,桥宽2.2m,跨度57m,采用“上挂下支”的稳定结构形式。对整体结构进行了静力弹性、动力弹塑性、振动台试验、典型节点有限元、整体稳定以及局部稳定等系列分析与试验。结果表明:结构在静力荷载和地震作用下强度和刚度均满足规范要求;典型节点极限承载力为荷载设计值的4.17倍;结构整体稳定性安全系数为3.79;斜柱局部稳定安全系数为2.52。合理的设计保证了结构的安全、经济和实用性。

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。

模块化装配式斜支撑节点钢框架试验研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构中框架体系的受力性能、破坏模式及破坏机理,对4个原尺寸的一层两跨单榀框架进行了水平和竖向静力加载试验,研究了装配式斜支撑节点钢框架的承载能力、变形特性、传力机理、破坏形态和机理.通过不同斜撑布置和构件截面尺寸框架的受力性能对比分析,获得了影响其极限承载能力的规律.进行了4个一层两跨单榀框架的实体非线性有限元静力分析,并与试验结果对比.研究结果表明:装配式斜支撑节点钢框架抗侧刚度大,延性性能较好,抵抗水平荷载能力强;结构塑性变形均发生在桁架梁和斜支撑上,符合"强柱弱梁"的抗震设计原则;斜撑对抵抗水平荷载和变形至关重要;与桁架梁交汇处是斜支撑受力薄弱的区域,斜支撑槽形截面开口处最先屈服,但屈服后塑性变形没有进一步发展,斜支撑槽形截面的腹板受力较小.

模块化装配式斜支撑节点钢框架结构整体稳定性能研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构体系的受力性能和设计方法,采用有限元分析方法,考虑结构整体对核心模块新型斜支撑柱的约束作用,在结构整体中研究斜支撑柱的承载能力,通过极限承载力反推得到了斜支撑柱的计算长度系数,解决了该结构体系设计的关键问题.进行了30层结构的整体有限元分析,获得该结构体系在水平荷载超载、竖向荷载超载及二者同时超载下的极限承载力、破坏模式和机理,该体系的破坏模式符合强柱弱梁的抗震原则.研究结果表明:该结构体系侧向刚度较大,但延性较差,在水平和竖向荷载作用下极限承载力系数取2.0较合理,承载力具有足够的安全储备.

适于低层农房的装配式轻钢边框-薄墙板组合结构抗震性能试验研究

为了满足绿色农房产业化的需求,研发了一种装配式轻钢边框-单排配筋薄墙板组合结构受力体系.进行了轻钢框架及组合结构单元低周反复荷载试验,分析了再生混凝土的填充作用对轻钢框架的影响以及墙板钢筋暗支撑、墙板厚度与轻钢边框截面对组合结构力学性能的影响.结果表明:与空钢管框架相比,钢管内填充再生混凝土具有良好的力学性能;薄墙板与轻钢框架组合结构在受力过程中呈现出明显的2道抗震防线.建议采用Park-Ang损伤指数来确定该类装配式组合结构在不同受力阶段的损伤指数,为结构抗震设计提供参考.

工字钢斜支撑与钢悬挑梁组合支撑架施工技术

结合深圳月亮湾山庄三期工程,详细介绍了工字钢斜支撑与钢悬挑梁组合的支撑架应用技术,进行了支撑架体系的设计与施工,对型钢在结构上的锚固和支撑架节点构造做了详细说明,设计的支撑架体系在该工程的应用效果较好。

雄安体育中心体育场结构设计

雄安体育中心体育场主体结构采用钢框架-支撑体系,屋盖钢结构由外圈屋盖钢结构和屋顶中央网壳组成,看台区域均采用组合型肋梁预制看台板。详细介绍了该体育场结构方案,包括看台钢结构设计、拱脚滑动释放、网壳结构体系、典型节点设计等。通过方案比选,屋顶中央网壳采用分索式索承铝合金网壳的结构体系,提高了索承结构对不规则建筑平面的适应能力。设计中对南侧拱脚进行了施工工序优化,拱脚处采用滑动释放措施,降低了看台钢结构南侧拱桁架的水平推力。本项目位于高烈度区,采用了速度型黏滞阻尼墙作为结构的减震措施,在多遇地震下黏滞阻尼墙作为结构的安全余量储备,在罕遇地震作用下,阻尼墙耗能占比5%。在部分应力较大的铝合金网壳节点中设置腹板加强板,提高了结构的安全性。

钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系在装配式钢结构住宅中的应用

首钢二通厂南区棚改定向安置房项目1#住宅楼(24层)采用钢框架(钢管混凝土柱+H型钢梁)+防屈曲钢板剪力墙装配式钢结构体系,选择的结构抗侧力构件分别为防屈曲钢板剪力墙、中心支撑以及组合钢板剪力墙的结构体系,并对其进行了计算分析,对比了不同结构体系的关键技术指标。同时通过有限元模型研究了与防屈曲钢板剪力墙相连梁的刚度变化对钢板剪力墙受力性能的影响,针对防屈曲钢板剪力墙对钢梁的局部作用提出了加强措施。结果表明:与其他结构体系相比,钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系结构布置更加灵活,材料成本更低,并且防屈曲钢板剪力墙的布置对结构的抗扭转更有利;实际工程中防屈曲钢板剪力墙按照规范设计能够满足承载力和安全性的设计要求;设置局部加劲肋和加强框架梁腹板厚度能够延缓钢梁的应力增大,减小钢板剪力墙对钢梁局部的影响。

高层建筑结构悬挑平台设计与施工技术研究

高层悬挑结构的施工是建筑结构施工中的一个关键且危险性较大的施工技术。深圳某工程部分楼层转角处悬挑梁最长7000mm,对悬挑平台进行设计应用于工程,证明设计的工字钢斜支撑与钢悬挑梁组合的悬挑平台可以有效解决高空悬挑结构的施工问题,支撑架受力合理,解决了大悬挑钢梁的挠度问题,安装和拆除简便易行。进行了支撑架体系的设计与施工,包括设置悬挑工字钢梁、设置工字钢斜支撑、在支撑架上搭设模板支撑系统以及防护架等,对型钢在结构上的锚固和支撑架节点构造做了详细说明,设计的支撑架体系在该工程的应用效果较好。

角钢连接的装配式异形柱框架边节点抗震性能研究

装配式异形柱混凝土框架是城镇建筑适用的结构形式,采用角钢连接预制梁和柱比现浇节点更方便、环保,节点的力学性能是实现框架结构抗震性能的关键因素,因此研究角钢连接的装配式异形柱框架节点抗震性能十分必要。设计制作了角钢连接的装配式异形柱框架结构边节点足尺模型,通过拟静力试验和数值分析相结合的方法,研究了其破坏机理和力学性能参数,提出了其用于整体结构分析的简化模型。研究表明:角钢连接的装配式异形柱框架边节点与现浇节点有相同的梁铰破坏机制,装配式节点刚度小于现浇节点,而延性和耗能能力略优于现浇节点;装配式框架结构整体内力分析结果与现浇框架不同,应按照半刚性节点框架的内力分析结果确定预制构件的配筋;将螺栓孔灌实的顶底角钢连接的装配式框架节点与现浇节点力学性能几乎相同。

攻丝钢板高强度螺栓连接的装配式钢框架斜支撑节点受力性能分析

以攻丝钢板高强度螺栓连接的装配式钢框架斜支撑节点静力试验为基础,采用有限元分析方法,对试验过程进行非线性数值模拟与分析。研究了此节点的受力变形机理,探讨了钢材牌号、攻丝钢板厚度、斜支撑钢板厚度、螺栓孔边距、螺栓孔端距、螺栓孔中距等因素对节点受力性能的影响。分析结果表明:随着钢材牌号的增大,节点的抗滑移能力及极限承载力有明显提升,钢材牌号宜选用Q345钢及以上;当攻丝钢板厚度超过20 mm时,其极限承载力不再明显提高,因此攻丝钢板厚度建议取0.7d0~1.0d0。研究分析的结果可为工程设计提供参考依据。

承载-耗能铰节点装配式钢框架结构抗震弹塑性分析

为研究高地震烈度地区的预制装配式减震建筑结构,本文提出一种适用于高层钢结构的兼具承载-耗能的新型梁柱节点,利用薄板小挠度理论推导此新型节点的屈服弯矩和转角以及极限弯矩和转角,实现了设计参数可控。借助SAP2000有限元平台,选择0.8、0.7、0.6倍的梁端屈服弯矩承载-耗能铰节点,并应用于12层钢框架结构,对其进行结构静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,研究新型节点在罕遇地震下性能点处的层间位移角、顶点位移及基底剪力。根据现有规范评价节点的延性和抗震性能,研究表明,布置不同参数的新型节点,在罕遇地震下性能点处的层间位移角、顶点位移及基底剪力均小于普通钢框架结构,并随着梁端屈服弯矩的削弱而减小。此新型节点具有良好的延性和耗能能力,更易实现"强柱弱梁"失效机制,连接构造安全可靠,满足现有抗震设计要求。

大型蓄水罐幕墙支承结构设计

国家会展中心(上海)配套的能源中心立面改造工程,是首届中国进口博览会提升工程的一部分,其两座蓄水罐外侧需设置幕墙,因此需要设置为幕墙立面提供的支承结构。提出定量评价支承结构空间作用的两个指标:基于倾覆力矩和基于顶点位移的空间作用指标。经方案比选分析,采用支撑棋盘式布置的钢框架支撑结构能较好地发挥空间作用。此外,对幕墙支承结构的后置基础方案,提出一种解决新老基础抗倾覆作用的抱箍节点。经有限元分析论证,新老基础共同工作受力合理,避免了大范围基础施工对周边环境的影响。

大开口索穹顶支撑结构体系施工技术

凤凰山体育中心项目工程创造性地采用了“葵花形”钢网架+大开口索穹顶结构,其结构受力表现形式特殊,支撑体系结构新颖,与屋盖交叉施工作业多,施工难度大。其中外立面斜向摇摆柱的临时支撑结构、看台柱焊接安装方法以及数值模拟协同施工等关键技术的运用,既有效确保安装质量,又保证了施工过程安全。该支撑体系施工技术的成功运用,为今后类似柔性屋盖支撑体系的施工积累了成熟的经验。

大跨钢桁架结构倾斜滑移施工技术研究

钢桁架结构具有承载力高、布置灵活、造型美观等特点,被广泛应用于大跨度建筑结构中。高空滑移施工作为主要的钢结构施工方法,越来越多地在大跨度钢桁架结构施工中得到应用。针对大跨度桁架结构提出一种新的滑移技术——倾斜滑移施工技术,扩展了滑移施工的应用范围,降低了滑移施工造价。倾斜滑移施工技术通过设置倾斜的滑移轨道、滑移顶推设备及反拉装置,实现结构沿斜面滑移,并避免被滑移结构沿斜向自滑。设计了装配式支撑体系,满足大跨钢桁架拼装的受力要求,兼具加工简单、安拆方便的特点;设计了门式滑移系统,解决了结构下弦至滑轨的距离不等时,大跨度桁架采用双轨道滑移变形较大且易出现卡轨的问题。基于倾斜滑移施工技术研究,以成都万达茂滑雪馆为例,分析倾斜滑移施工过程中的滑轨支座反力、关键杆件应力和关键节点变形等,探讨大跨桁架倾斜滑移施工技术的可行性,研究结果可为类似工程的滑移施工提供参考。

某26层装配式建筑梁柱节点安装固定支架设计及施工方法研究

以某26层预制装配式建筑工程项目为例,重点介绍了装配式建筑梁柱节点固定支架设计与施工方法,针对目前装配式梁柱节点吊装效率较低、节点标高控制难等问题,设计采用柱箍支撑架辅助梁柱节点的吊装。柱箍支撑架结构设计合理,预制梁安装就位精度高,施工吊装速度快,柱箍支撑架可以周转使用,梁底支撑使用相对比传统吊装方法要少很多,节省工程施工成本与工期。经实际工程应用,效果显著。

装配式钢框架与外挂墙板连接节点研究探究

随着新型建筑工业化的迅速发展,装配式钢结构已经成为我国推进绿色建筑的重要形式,其主要围护构件是预制外挂墙板。装配式钢框架与外挂墙板连接节点的设计决定了外挂墙板的抗震性能,所以装配式钢框架与外挂墙板连接节点在装配式钢结构中十分重要。为了方便学者们对连接节点进行更深入的研究,本文介绍了装配式钢框架外挂节点在国内外的发展状况,将节点分为刚性连接节点、柔性连接节点和半刚性连接节点,介绍了各类节点的性能及其优劣,并分析了国内外规范在节点设计方面的不足。此外,本文介绍了装配式节点的相关试验与有限元研究方法,并指出目前针对节点的有限元分析方法与力学试验在分析研究过程中的不足之处,最后对装配式外挂节点的发展趋势进行展望。本文得出以下结论:各种连接节点在工程应用中各具优劣;有限元可作为节点研究的参考;节点设计与试验规范还需进一步完善。

长沙象山国际幼儿园装配式钢木混合结构关键问题研究

长沙象山国际幼儿园为湖南首座绿色装配式钢木混合结构示范项目,采用胶合木框架支撑-钢框架混合结构,位于结构中部的钢框架和两侧的胶合木框架支撑结构水平连接,协同受力。对其钢木混合结构、木楼板振动舒适度、中庭网壳和旋转坡道结构、木结构单元房、防火设计进行了研究。结果表明:钢木混合结构整体模型考虑木搁栅楼板实际平面内刚度后,抗侧刚度有明显降低,但考虑木结构节点刚度和木搁栅楼板平面内刚度更多是影响构件内力和节点内力;提出了木楼板人致振动舒适度控制指标,经计算,班级活动室大跨木楼盖舒适度满足要求;对中庭伞状网壳中心圆筒与坡道的连接、结构稳定性、旋转坡道悬挑端舒适度进行专项分析,保证了其安全适用;对木结构单元房和主体构成的叠箱-框架(支撑)结构进行大震非线性时程分析,连接满足大震弹性要求;采取建筑消防设计、结构防火设计、防火构造措施等方法保证了项目防火性能优于规范要求。

昆明华润万象城超限结构设计要点

地处高烈度区的昆明华润万象城由1栋高296.9m超高层办公塔楼(T1塔楼)、1栋高192.3m超高层公寓塔楼(T2塔楼)和6层商业裙房组成,T1塔楼及裙房均采用减震技术。基于最优原则,从整体结构到构件层面进行了一系列选型以确定结构设计方案:对比不同防震缝的布置方式,对T1塔楼结构体系、加强层伸臂桁架与加强层环桁架、外框柱、荷载、楼面梁等进行详细分析及选型;对T2塔楼结构体系、钢斜撑及加强层、外框柱转换方式等进行详细分析及选型。同时对高烈度区大高宽比的超高层结构的基础设计、剪力墙设计、内嵌钢斜撑搭接块设计等进行专项分析,有针对性地采取了加强措施。结果表明结构具有良好刚度与强度,满足规范各项指标要求,工程安全性、经济、合理。