基于變形性能的多高層鋼框架結(jié)構(gòu)高等設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)的高等分析和設(shè)計(jì)方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于，能夠直接分析結(jié)構(gòu)整體的承載能力和變形性能，而不必單獨(dú)對結(jié)構(gòu)中的各構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。目前，國內(nèi)外在該方向的研究重點(diǎn)仍然普遍集中在考慮各種非線性因素對整體結(jié)構(gòu)極限承載力的影響上。但有研究表明，按基于承載能力極限狀態(tài)的高等分析方法設(shè)計(jì)的多高層鋼框架結(jié)構(gòu)，其變形驗(yàn)算往往不能滿足正常使用功能的要求，結(jié)構(gòu)最終容許的承載能力或截面設(shè)計(jì)均由滿足結(jié)構(gòu)變形要求的容許荷載水平控制。因此有必要開展基于變形性能的高

2、等設(shè)計(jì)方法研究?，F(xiàn)有研究還表明，在進(jìn)行高等分析時，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件初始幾何缺陷的處理方式對框架結(jié)構(gòu)的極限承載能力影響有限，但對結(jié)構(gòu)的變形性能卻有著顯著的影響。目前規(guī)范采用的最不利缺陷分布及假想水平荷載法均沒有很好的考慮構(gòu)件缺陷的隨機(jī)性問題，夸大了初始幾何缺陷的影響。所以在多高層結(jié)構(gòu)的高等設(shè)計(jì)中，還應(yīng)研究考慮隨機(jī)初始幾何缺陷的分析方法。針對上述問題，本文主要開展了如下研究工作：
　　分別采用規(guī)范推薦的計(jì)算長度法和假想荷載法以及有限元模擬的

3、高等分析設(shè)計(jì)方法，對單層單跨框架和六層單跨框架的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。對比分析了構(gòu)件內(nèi)力、控制應(yīng)力、結(jié)構(gòu)極限荷載以及框架的變形性能，揭示了高等分析與設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性和現(xiàn)階段研究存在的問題。
　　對多種國內(nèi)外多高層鋼結(jié)構(gòu)已建工程的施工質(zhì)量驗(yàn)收記錄進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到了實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件真實(shí)初始缺陷的分布規(guī)律和結(jié)構(gòu)整體垂直度的控制水平，這些偏差都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范允許的限值，并先行嘗試了對我國目前鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平進(jìn)行評價(jià)。針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始缺

4、陷具有隨機(jī)性的問題，采用蒙特卡羅法模擬了實(shí)際結(jié)構(gòu)的隨機(jī)初始幾何缺陷，并利用拉丁超立方抽樣技術(shù)有效提高了抽樣效率。通過自編 Matlab程序?qū)崿F(xiàn)了考慮隨機(jī)初始幾何缺陷的分析方法，為開展準(zhǔn)確有效的高等設(shè)計(jì)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　采用考慮隨機(jī)初始缺陷的分析方法，建立了多高層鋼框架結(jié)構(gòu)的隨機(jī)缺陷模型，應(yīng)用ANSYS有限元程序圍繞結(jié)構(gòu)高寬比、二階效應(yīng)參數(shù)、框架柱長細(xì)比和梁柱總線剛度比開展了大量的全過程高等分析。根據(jù)真實(shí)缺陷隨機(jī)分布的分析結(jié)果，

5、采用概率統(tǒng)計(jì)的方法確定了結(jié)構(gòu)各層柱頂位移和梁跨中撓度，并與多種規(guī)范處理初始缺陷的分析方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，采用高等設(shè)計(jì)方法計(jì)算的結(jié)構(gòu)側(cè)移均比一階分析結(jié)果有顯著增加；考慮真實(shí)隨機(jī)缺陷計(jì)算的框架二階位移僅比理想框架的變形有少許增加；采用最不利缺陷分布和假想水平力的規(guī)范方法算得的二階位移最大。結(jié)果還表明，按基于極限承載力的高等分析方法設(shè)計(jì)多高層框架，其理想框架模型的二階側(cè)移都超過了正常使用極限狀態(tài)的功能要求，結(jié)構(gòu)實(shí)際容許的極限承載

6、力或截面設(shè)計(jì)最終均由結(jié)構(gòu)的變形限值要求決定。
　　提出了多高層框架的高等設(shè)計(jì)按理想框架進(jìn)行分析的簡化處理方法，既可有效減少單元的劃分?jǐn)?shù)量，又能保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的真實(shí)性和安全性。從結(jié)構(gòu)適用性角度分析了正常使用狀態(tài)變形限值的確定原則，并對高等分析在正常使用極限狀態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)提出了設(shè)計(jì)建議。根據(jù)大量參數(shù)分析的結(jié)果擬合出高層鋼框架結(jié)構(gòu)二階側(cè)移的實(shí)用計(jì)算公式，通過算例對比有限元結(jié)果驗(yàn)證了該公式擬合的精度較好，可以直接用于類似結(jié)構(gòu)的二階側(cè)移計(jì)算。