大跨度裝配整體式H型鋼空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用

大跨度裝配整體式H型鋼空間網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用隨著耕地的減少和城市用地的短缺,對多高層大跨度建筑的需求急劇增加。樓蓋的結(jié)構(gòu)形式會影響建筑的整體高度,采用新型樓蓋結(jié)構(gòu)來降低建筑層高是建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個趨勢。一般來說,梁的高度會隨著跨度的增大而增加,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)梁的高度已經(jīng)無法滿足大跨度結(jié)構(gòu)的需求。大跨度空間鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是解決此類問題的一個良好途徑,這種新型結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)高度小,用鋼量少,結(jié)構(gòu)采用裝配整體式,可以靈活劃分拼裝單元,工廠預(yù)制,現(xiàn)場拼裝,可以保障工程質(zhì)量,提高施工效率,符合國家節(jié)能減排、綠色建筑的發(fā)展方向。大跨度空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)是一種新型空間結(jié)構(gòu)形式,適用于多高層大跨度工業(yè)與公共建筑。鋼網(wǎng)格樓蓋由鋼空腹梁交叉組成正交正放與正交斜放空腹網(wǎng)格板。鋼網(wǎng)格的上、下肋采用型鋼,中間由方鋼管剪力鍵連接,鋼筋混凝土樓板現(xiàn)場澆筑。剪力鍵連接著空間鋼網(wǎng)格的上、下肋,使結(jié)構(gòu)整體協(xié)同受力,其長寬比接近,以承受剪力為主。樓蓋結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型為空間板,具有三維受力特性,鋼網(wǎng)格空腹后,結(jié)構(gòu)自重輕,剛度大,舒適度好,鋼網(wǎng)格中間空腹部分可以穿越各種管線,節(jié)約建筑空間,降低工程造價。本文采用試驗研究與理論分析相結(jié)合的方法,對大跨度H型鋼空間鋼網(wǎng)格盒式結(jié)構(gòu)樓蓋進(jìn)行了靜力分析、模態(tài)分析、舒適度分析、爆炸沖擊分析。結(jié)合實際工程,對一榀鋼網(wǎng)格墻架進(jìn)行了滯回試驗研究。在純剪切狀態(tài)下,對兩組剪力鍵試件進(jìn)行了實物模型試驗研究。通過以上分析和研究,主要完成了以下工作:(1)通過連續(xù)化擬夾層板分析方法和等代剛度法,對矩形平面周邊簡支空腹夾層板進(jìn)行了求解,推導(dǎo)出表層混凝土板、上肋H型鋼梁、下肋H型鋼梁的內(nèi)力計算公式,通過采用MATLAB進(jìn)行編程計算,通過與有限元分析結(jié)果的對比表明連續(xù)化推導(dǎo)具有較高精度。(2)對實際工程中一榀框架墻進(jìn)行了1:1仿真模型滯回試驗,墻架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的整體性能,具有較好的安全儲備。試件的荷載-位移滯回曲線比較飽滿,表明結(jié)構(gòu)具有良好的耗能能力和變形能力,結(jié)構(gòu)延性較好。(3)對正交正放H型鋼空間樓蓋在人致荷載作用下的振動響應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明樓蓋具有優(yōu)良的抗振性能,舒適度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。由于樓蓋的基本自振頻率較低,應(yīng)考慮隔墻等活荷載對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響。合理的結(jié)構(gòu)布置,可以使結(jié)構(gòu)的空間受力特性得到充分發(fā)揮,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗振能力,當(dāng)平面長、短邊之比(27)1.5時,適合采用正交正放空腹網(wǎng)格;當(dāng)平面長、短邊之比≥1.5時,適合采用正交斜放空腹網(wǎng)格。(4)對正交斜放H型鋼空間鋼網(wǎng)格屋蓋進(jìn)行了抗爆設(shè)計,在爆炸沖擊波的作用下,對屋蓋的振動響應(yīng)進(jìn)行了研究,并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析。研究表明正交斜放H型鋼空間鋼網(wǎng)格屋蓋的豎向峰值位移響應(yīng)點出現(xiàn)在低階振型中心附近,屋蓋結(jié)構(gòu)具有良好的抗爆性能,經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(5)模擬試件在純剪切狀態(tài)下的受荷條件,對設(shè)置和未設(shè)置豎向加勁板的兩組剪力鍵試件進(jìn)行了加載試驗,研究表明在純剪切受力狀態(tài)下,豎向加勁板使構(gòu)件的承載能力大幅提高,剪力鍵以剪切變形為主。豎向加勁板可以顯著提高剪力鍵節(jié)點域的剛度和承載范圍,試件具有良好的延性性能。由于豎向加勁板的設(shè)置,剪力鍵上下肋型鋼與方鋼管整體協(xié)同工作,剪力鍵節(jié)點域的受力更加均勻,