多层轻钢框架H型截面柱的应用研究

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轻型钢结构与普通钢结构或重钢结构的主要区别,从弹性设计角度来说,轻钢结构所承受的竖向荷载较小,结构的承重构件截面可以在相等截面面积情况下,轻型钢结构的截面较为开展,具有较大的抗弯承载能力和更好的经济效益;从塑性设计角度来说,由于轻型钢结构自身所受荷载较小,板件屈曲后强度有较大的发展潜力。近几年来,随着多层钢结构在国内的推广,多层轻钢框架由于其轻质高强较多地被应用在住宅、办公楼等民用与公共建筑上。然而,由于国内尚没有关于轻钢框架设计的行业标准,在设计中往往以《钢结构设计规范》(GB 50017-2002)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-88)以及《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)为参考,《轻钢住宅技术规程》也可作为参考,这样的设计使得轻钢框架自身的优势没有充分发挥,钢材的力学性能没有充分利用。本文从轻钢框架抗震设计角度出发,将屈曲后强度引入到多层轻钢框架设计中,研究多层轻钢框架H型截面柱的框架体系,在之前提出的腹板高厚比限值的基础上继续研究翼缘宽厚比限值,通过实例设计计算分析,评价研究成果在实际工程中的应用,为多层轻钢框架的设计提供参考。本文研究主要包括以下三个部分:介绍板的屈曲后屈曲后强度理论,为接下来的研究奠定理论基础。利用ANSYS对典型计算模型进行拟静力分析,通过对不同柱翼缘宽厚比和腹板高厚比下框架的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线以及延性方面的对比,以及结合之前对于柱腹板高厚比研究的理论成果,提出翼缘宽厚比限值。设计三层的轻钢框架,框架柱选用H型截面,其腹板高厚比和翼缘宽厚比满足轻钢框架研究的理论成果但不满足现有规范的规定,通过PKPM里的STS软件以及ETABS对结构进行结构在小震时的弹性计算,再用ETABS做框架的Pushover静力非线性分析,通过对塑性铰发展历程的分析,对框架在大震作用下结构的抗震能力进行评估。通过实例计算分析可以得出结论:对于轻钢框架利用腹板屈曲后强度,应根据烈度不同地区做出相应的设计方案,当设防烈度不大于7时,可以利用大腹板高厚比的柱设计满足抗震及使用功能,且经济性也可以体现出来,当设防烈度在7度以上时,利用屈曲后强度的同时得加强翼缘的约束,从力学性能方面可以实现,但是综合经济角度则不合理,在高烈度区不建议利用柱腹板屈曲后强度。
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