巨型鋼框架梁柱節(jié)點靜力性能分析

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1、第七屈全國王見代結(jié)構(gòu)r[程學(xué)術(shù)研討會巨型鋼框架梁柱節(jié)點靜力性能分析郭永興陳麟鄧雪松(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院．廣州510006)．4摘要：利用^NsYS建立了巨型鋼框架結(jié)構(gòu)粱柱節(jié)點的有限元模型，分析了巨型鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點在單向靜力荷載F的受力特性，得到幾點對實際結(jié)構(gòu)設(shè)計有參考價值的結(jié)論。j關(guān)鍵詞：巨型鋼框架，節(jié)點，性能一、引言目前，我圍鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展形勢是；國家倡導(dǎo)，鋼材充足，發(fā)展需要，技術(shù)成熟。鋼結(jié)構(gòu)用于建造高層建筑有著諸多的優(yōu)點“’．-在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，隨著建筑高度的增加，創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式不斷出現(xiàn)“～“，而巨型鍘結(jié)構(gòu)是解決l每層建筑結(jié)構(gòu)，特別

2、是超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)問題的有效結(jié)構(gòu)形式，具有很好的發(fā)展前景，但目前還沒有建立完整的與巨型鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的計算理論與分析方法，而作為巨型鋼結(jié)構(gòu)主要受力部件的節(jié)點，則是制約巨型鋼結(jié)構(gòu)新體系發(fā)展的關(guān)鍵問題之一“1。北京市建筑設(shè)計研究院對鋼筋混凝土高層住宅的兩個節(jié)點做了試驗。試件設(shè)計以一般住宅建筑的巨型框架結(jié)構(gòu)為原型，重點研究中層中節(jié)點部位在非彈性階段工作狀態(tài)和破壞機(jī)理。將“[”型粱柱截面交叉簡化為“工”截面交叉節(jié)點進(jìn)行研究，清華人學(xué)也作了四個相同形狀的節(jié)點試驗，試驗的破壞形態(tài)都與普通結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別：從試件結(jié)構(gòu)看，六個構(gòu)件的梁洞緊靠主柱邊，粱與柱形

3、成上下兩肢翼緣，上下兩肢翼緣不對稱。從六個試件的破壞形態(tài)看，后五個構(gòu)件都是梁端下肢翼緣剪切破壞。上翼緣出現(xiàn)塑性鉸后，豎向荷載全由下肢翼緣梁承擔(dān)，最后足下肢翼緣梁剪切破壞。第～個試件昆節(jié)點區(qū)連梁剪切破壞，導(dǎo)致巨型柱側(cè)向剛度降低，使結(jié)構(gòu)總體位移和層問彈塑性位移增大。重慶大學(xué)針對巨型框榘結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合四川航空大覆鋼筋混凝土巨型結(jié)構(gòu)方案，研究主結(jié)構(gòu)箱形柱和箱形梁的交接節(jié)點處的破壞機(jī)理和抗震性能．并做了兩個節(jié)點模型試驗，證實了在巨型箱形柱中，依托連粱的延性設(shè)計來達(dá)到耗能目的是不現(xiàn)實的這一重要結(jié)論；根據(jù)試驗結(jié)果和有限元計算，提出了巨型框架結(jié)構(gòu)體系抗震概念設(shè)

4、計的總體思想以及借助“能力設(shè)計法”設(shè)計合理的塑性耗能機(jī)制的構(gòu)思，提出了一些對巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要參考價值的結(jié)論。．本文利用ANsYs對巨型鋼框架的粱柱節(jié)點進(jìn)行了分析，通過分析發(fā)現(xiàn)在巨型鋼框架粱柱節(jié)點中，巨型粱和巨型柱間的支撐主要承受軸力作用；在單向靜力荷裁的作用下，巨型粱中傳來的力基本上由與巨型粱相連的那幾根柱承擔(dān)；巨型梁與巨型柱相交處的梁柱節(jié)點是整個巨型鍘框架粱柱節(jié)點中最脆弱的部位。二、巨型鋼框架結(jié)構(gòu)本文選用ETABs建立了巨型鋼框架結(jié)構(gòu)的計算模型，模型為～個66層的辦公樓，高237．6米，層高3．6米，結(jié)構(gòu)平面尺寸為48mx48Ⅲ，每邊

5、7跨，每ll層布置一道巨型梁““，模型的平面和三維立體圖如圖l所示：廣東省自然科學(xué)基金項目(030501)工業(yè)建筑2D07增刊1359第七屬全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會×XⅨⅪ×。}．巨塑<×巨型；《L×●?！?0007己0072007己00600C(a)平面圖模型構(gòu)件截面尺寸如下：圖1巨型鋼框架結(jié)構(gòu)計算模型·表1巨型鋼框架結(jié)構(gòu)的截面尺寸(b)三維立體圖箱型柱截面尺寸箱型桂截面尺寸1樓層(H×B×t．×trtm)(H×B×t．×t．．衄)0l～ll850×850×70×7034～44700×700×32×3212～22800×800×45×454

6、5～55700×700×22×2223～33800×800×40×4056～66600×600×19×19工字型梁截面尺寸箱型支撐截面尺寸樓層(H×B×t?！羣，．mn)(}l×B×t．×t．．m)0I～66600×200×25×1201～66300×300×lq×18采用振型分解反應(yīng)譜法計算巨型鋼框架的水平地震作用，按8度抗震設(shè)防烈度，II類場地土，地震分組位于第二組?；撅L(fēng)壓為O．55kN／m2，結(jié)構(gòu)所處的工程環(huán)境為密集建筑群的大城市市區(qū)，地面粗糙度為c。按《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99—98)，考慮以下荷載組合：l、1．2重力

7、荷裁+1．4活荷載+1．4風(fēng)荷載；2、1．2重力荷載+1．3水平地震作用；3、1．2重力荷載+13水平地震作鬲t028風(fēng)荷載。荷載組合后發(fā)現(xiàn)，在荷載組合3的情況下，加在第一道巨型梁上的柱軸力最大，分別為：橫向巨型梁：2．36×103kN，1．66×103kN；縱向巨型粱：2．63×103kN：1．53×l03kN。F面就以第一道巨型粱所在的巨型節(jié)點為基礎(chǔ)，利用大型通用有限元軟件_ANSYs建立巨型鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的有限元模型。1360工業(yè)建筑2007增刊第七屆全罔現(xiàn)代結(jié)構(gòu)T程學(xué)術(shù)研討會’三、巨型鋼框架梁柱節(jié)點的有限元模型(一)有限元模型的建立．、

8、依據(jù)表l所列的截面數(shù)據(jù)，利用大型通用有限元軟件^NsYS建立了巨型鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的有限元模型節(jié)點的模型如圖2所示：圖2巨型鋼框架梁柱節(jié)點的有限元模型巨