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钢结构错列桁架体系结构分析与设计方法

卢林枫  
【摘要】: 近几年来,钢结构错列桁架体系以其经济、实用、高效的优点再度引起国内外工程界和学术界的广泛关注,发展错列桁架体系符合我国住宅建设的发展方向。由于理论研究的滞后,目前国内的研究成果尚不足以用于制定设计规范(程)和指导工程设计,因此该体系的工程应用在国内还属空白。为了充实和完善现有理论研究成果,促进钢结构错列桁架体系在我国的工程应用,本文对钢结构错列桁架体系的静力性能、稳定问题、结构P-Δ效应作了系统性的分析;并结合现行国家设计规范(程)和国外研究成果,提出了钢结构错列桁架体系的弹性设计方法和建议。 本文通过对错列桁架体系受力性能的分析,第一次明确地提出了体系节点构造应该根据平面桁架形式来确定的原则。通过对错列桁架体系空间协同工作原理的研究,首次系统地给出了可以考虑扭转效应的平面结构计算模型和弹性静力计算方法,并提供了过程详尽的计算实例。该方法克服了以往平面分析方法不能考虑扭转效应的缺点。与错列桁架有限元专业程序的对比计算结果表明,本文方法不但具有简单、实用的优点,而且在计算精度上,特别是结构位移计算精度上,要明显优于美国AISC协会设计指南的方法。同时本文对柱脚的工程做法作了分析,得出了柱脚铰接方案会使结构内力分布更合理,而且经济性优于刚接柱脚的结论。 本文采用解析法,首次全面系统地推导出错列桁架体系横向和纵向柱子计算长度系数的计算方法和实用计算公式。横向分析时将我国新修订的《钢结构设计规范》GB50017-2002中,关于框架体系支撑条件的论述引入到错列桁架的稳定分析中,提出了强支撑错列桁架体系和弱支撑错列桁架体系的概念以及具体的划分标准,使得错列桁架的稳定分析可以与新规范很好的对接,为设计人员的使用提供了理论保障。强支撑体系中柱子计算长度可以按照现行规范计算,当考虑柱子轴力变化对其计算长度的影响时,本文提供了修正G系数法;对于弱支撑体系,本文提供了计算柱子计算长度系数的具体公式。纵向分析时,本文给出了采用不同纵向联系梁条件下的柱子计算长度系数的取值方法。 本文参照各国现有规范(程)对钢框架结构P-Δ效应的考虑方法,首次对错列桁架体系的二阶效应进行了分析,填补了错列桁架结构研究方面的空白。提出了错列桁架体系在弹性设计 西安建筑科技大学博士学位论文 里里巴巴巴思巴里里里三巴里里里里 时,内力上可以不考虑“二阶效应”、结构侧移上要考虑“二阶效应”的建议,并给出了计算结 构二阶侧移的简化方法。 基于前面的研究成果,参考现有各国钢结构设计规范和已有的研究文献,本文首次对钢结 构错列析架体系的弹性设计方法作了全面的探讨,主要工作包括材料的选用、构件截面形式、 构件弹性设计方法、连接节点设计和构造详图、组合楼盖的设计、栓钉剪力连接件的设计。 钢结构错列析架体系的设计理论是工程界重点研究的课题之一,应用前景十分广阔。本文 系统、全面地研究了该体系在静力荷载作用下的结构分析与设计方法,为有关部门制定相应的 设计规范(程)提供了参考依据,也为进一步的研究工作奠定了基础。


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