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多层轻钢框架结构住宅风作用下二阶性能分析

邹亮  
【摘要】: 多层轻钢框架结构住宅具有强度高、自重轻、施工速度快、环保、钢材可回收再利用等优点。按照当前的工艺最恰当的定义是:框架梁、柱主要采用轻型热轧或轻型焊接H型钢或方、圆钢管,大量采用轻质围护隔离材料的多层建筑;在低烈度地区多采用框架结构,整个结构用钢量在40~50kg/m 2之间,柱网6~8m。由于目前没有针对该结构的专门规程,且其抗侧刚度较低,因此进行二阶效应的分析是必要的。 本文基于有限元软件ANSYS研究多层轻钢框架结构受二阶效应影响的规律,以及《钢结构设计规范》二阶效应推荐公式在多层轻钢框架结构中的适用情况。通过单跨单层和单跨三层两个算例,将规范二阶弹性公式与有限元软件ANSYS二阶弹性方法计算得到的数据相比较,分析该公式在弯矩、剪力、轴力二阶效应计算上的适用性。对多层轻钢框架住宅结构也比较了规范方法的精度,同时还研究了当框架层数不变水平荷载增加和水平荷载不变总层数增加时,多层轻钢框架受二阶效应影响的规律。并对3D模型与2D模型计算的差异对二阶效应的影响进行研究。 通过有限元软件ANSYS二阶效应的复核与分析,研究表明,规范二阶弹性公式计算弯矩很精确,误差仅为0.6%~2.3%。虽然规范中,并没有以条文形式说明该公式同样适用于二阶轴力、剪力的计算,算例结果数据经分析后表明,基本上是适合的;并且规范方法所得结果偏于安全。在多层轻钢框架住宅结构的二阶分析中,规范方法也得到了十分精确的结果,说明针对普钢结构的计算公式,对于多层轻钢框架结构也是适用的,建议正在编制的《轻型房屋钢结构设计规程》采用《钢结构设计规范》中的二阶弹性计算方法来考虑二阶效应。进一步的研究还表明,楼层总数的增加对多层轻钢框架结构的影响大于风荷载增加对其的影响,前者使底层柱底二阶效应弯矩的增幅从15%上升到27.8%,后者大致维持在15%左右且底层柱底弯矩增幅随风荷载增加而降低。这说明,二阶效应对多层轻钢框架住宅结构的影响是不容忽视的。对3D、2D模型的对比研究表明,用2D模型分析二阶效应精度高、速度快且偏于安全,因此使用2D模型研究规则框架的二阶效应是合适的。


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