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门式刚架轻钢结构支撑研究及动力性能分析

赵东杰  
【摘要】:我国钢产量连续多年稳居世界第一,但建筑用钢量所占的比例还很低,因此,发展建筑钢结构成为我国新的建筑技术政策。1994年建设部根据我国经济建设的需要,将“轻型钢结构门式刚架”作为“快速房屋体系”课题之一,列入新技术新产品开发项目,随后颁布了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》,并进行了修订。该规程显著推动了我国门式刚架结构的发展。目前,门式刚架结构已成为我国建筑钢结构中应用最广泛的类型之一。 由于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》制定时间晚,内容还不够完善,对于一些问题的分析的规定不清晰,如对于门式刚架结构的支撑系统内力分析,对于门式刚架结构的抗震问题等。本文针对以上问题对无吊车单层单跨门式刚架轻钢结构的支撑系统、结构的动力特性和门式刚架结构的抗震分析作了一些研究,提出一些合理性建议。 对于门式刚架轻钢结构的支撑系统,计算时通常将支撑作为只承受拉力的杆件,采用简化模式,按各道支撑承担相同大小的纵向水平力,这与实际结构中各道支撑间的传力是不同的。因此,本文应用ANSYS软件建立了空间有限元模型和平面有限元模型与其对比,找出了常用简化模式存在的问题,提出了平面简化模式,如下图。依据结构力学的方法推导出两道支撑房屋和三道支撑房屋各道支撑中内力最大杆件的内力公式,并将计算的结果和空间有限元模型的结果进行对比。大量算例的计算结果分析表明:应用平面简化模式计算两道支撑房屋的支撑杆内力是合理的;三道支撑房屋的第一道支撑杆的内力计算需放大15%,第二道支撑杆的内力计算需缩减15%,这样处理后的计算结果与空间模型的结果很接近,比较合理。 (a)两道支撑房屋平面简化模型 (b)三道支撑房屋平面简化模型 建立有檩条和无檩条的空间有限元模型,进行模态分析,计算结果表明:结构的整体振动首先出现横向振动;设置檩条可以有效阻止结构的局部振动,更准确模拟结构的实际振动特性。对于结构的基本周期的计算,应用单质点模型、PKPM软件及ANSYS软件模型计算,结果差别很小。因此,采用单质点模型计算门式刚架结构的基本周期是可行的。单质点模型计算结构的基本周期为: T=2π(G_(eq)H_1~3(2+HI_c/H_1I_b))/12nEI_cg)~(1/2)式中I_b、I_c——梁、柱的等效惯性矩;


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