大跨度装配整体式H型钢空间网格盒式结构研究与应用

大跨度装配整体式H型钢空间网格盒式结构研究与应用随着耕地的减少和城市用地的短缺,对多高层大跨度建筑的需求急剧增加。楼盖的结构形式会影响建筑的整体高度,采用新型楼盖结构来降低建筑层高是建筑结构发展的一个趋势。一般来说,梁的高度会随着跨度的增大而增加,传统结构梁的高度已经无法满足大跨度结构的需求。大跨度空间钢网格结构是解决此类问题的一个良好途径,这种新型结构的经济性指标优于传统结构,结构高度小,用钢量少,结构采用装配整体式,可以灵活划分拼装单元,工厂预制,现场拼装,可以保障工程质量,提高施工效率,符合国家节能减排、绿色建筑的发展方向。大跨度空间钢网格盒式结构是一种新型空间结构形式,适用于多高层大跨度工业与公共建筑。钢网格楼盖由钢空腹梁交叉组成正交正放与正交斜放空腹网格板。钢网格的上、下肋采用型钢,中间由方钢管剪力键连接,钢筋混凝土楼板现场浇筑。剪力键连接着空间钢网格的上、下肋,使结构整体协同受力,其长宽比接近,以承受剪力为主。楼盖结构的力学模型为空间板,具有三维受力特性,钢网格空腹后,结构自重轻,刚度大,舒适度好,钢网格中间空腹部分可以穿越各种管线,节约建筑空间,降低工程造价。本文采用试验研究与理论分析相结合的方法,对大跨度H型钢空间钢网格盒式结构楼盖进行了静力分析、模态分析、舒适度分析、爆炸冲击分析。结合实际工程,对一榀钢网格墙架进行了滞回试验研究。在纯剪切状态下,对两组剪力键试件进行了实物模型试验研究。通过以上分析和研究,主要完成了以下工作:(1)通过连续化拟夹层板分析方法和等代刚度法,对矩形平面周边简支空腹夹层板进行了求解,推导出表层混凝土板、上肋H型钢梁、下肋H型钢梁的内力计算公式,通过采用MATLAB进行编程计算,通过与有限元分析结果的对比表明连续化推导具有较高精度。(2)对实际工程中一榀框架墙进行了1:1仿真模型滞回试验,墙架结构表现出良好的整体性能,具有较好的安全储备。试件的荷载-位移滞回曲线比较饱满,表明结构具有良好的耗能能力和变形能力,结构延性较好。(3)对正交正放H型钢空间楼盖在人致荷载作用下的振动响应进行了研究,结果表明楼盖具有优良的抗振性能,舒适度满足国家标准要求。由于楼盖的基本自振频率较低,应考虑隔墙等活荷载对结构自振频率的影响。合理的结构布置,可以使结构的空间受力特性得到充分发挥,增强结构的抗振能力,当平面长、短边之比(27)1.5时,适合采用正交正放空腹网格;当平面长、短边之比≥1.5时,适合采用正交斜放空腹网格。(4)对正交斜放H型钢空间钢网格屋盖进行了抗爆设计,在爆炸冲击波的作用下,对屋盖的振动响应进行了研究,并进行了经济性分析。研究表明正交斜放H型钢空间钢网格屋盖的竖向峰值位移响应点出现在低阶振型中心附近,屋盖结构具有良好的抗爆性能,经济性指标优于传统结构。(5)模拟试件在纯剪切状态下的受荷条件,对设置和未设置竖向加劲板的两组剪力键试件进行了加载试验,研究表明在纯剪切受力状态下,竖向加劲板使构件的承载能力大幅提高,剪力键以剪切变形为主。竖向加劲板可以显著提高剪力键节点域的刚度和承载范围,试件具有良好的延性性能。由于竖向加劲板的设置,剪力键上下肋型钢与方钢管整体协同工作,剪力键节点域的受力更加均匀,