箱板式钢结构关键设计指标限值研究

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箱板式钢结构是一种由加肋钢板围成的箱型结构体系,该结构的设计概念源于大型船舶的上部结构,具有施工迅速、抗震性能好等特点。为了促进该结构体系的实际应用,本文利用MIDAS GEN软件对箱板式钢结构体系的关键设计指标限值进行了研究,主要包括结构的弹性及弹塑性层间位移角限值、箱板式钢结构楼盖的舒适度指标及限值两方面。具体研究内容及结论如下:(1)考虑结构高度、平面布置形式以及墙板开洞率等因素共设计了24个结构,并对其进行Pushover分析,得到各结构在弹性及弹塑性极限时的最大层间位移角。其中,弹性极限为钢板墙首次屈服,弹塑性极限为50%以上角部加强构造破坏。研究发现,当箱板式钢结构到达弹性及弹塑性极限时,其最大层间位移角均小于现行的钢结构规定限值,仍然采用该限值用于箱板式钢结构的抗震设计是不合理的。通过对这些数据统计分析,发现箱板式钢结构在弹性及弹塑性极限时的最大层间位移角符合对数正态分布。根据该结构极限层间位移角的分布特征以及已有试验数据,并结合我国抗震规范的相关规定,建议箱板式钢结构体系的弹性及弹塑性层间位移角限值,分别取1/700和1/85。(2)对箱板式钢结构楼盖的振动特性进行研究,并考虑钢板厚度、加劲肋尺寸、加劲肋间距、楼盖长宽比以及阻尼比等参数进行分析,得到各参数对楼盖振动特性的影响规律。研究发现,增大钢板厚度和楼盖长宽比,会同时降低楼盖的加速度效应和基频。改变L型加劲肋尺寸及布置间距、T型加劲肋的翼缘宽度对基频影响较小,但对加速度效应具有较大影响。增大T型加劲肋的腹板高度或减小其布置间距,使得楼盖的竖向基频增大,加速度效应减小。其中,T型加劲肋的布置间距会改变楼盖最大加速度效应出现的位置。增大楼盖的阻尼比,可以在不改变楼盖自身结构的前提下,有效减小楼盖的加速度效应。(3)依据参数分析结果对现行的楼盖舒适度评价指标进行分析讨论,确定箱板式钢结构楼盖的舒适度评价采用竖向基频和峰值加速度的双控指标。依据振动强度的要求和人对峰值加速度的感受,确定该楼盖的竖向基频和峰值加速度的限值分别为20Hz和0.15m/s~2。为方便计算该类楼盖的竖向基频,对主要参数进行回归分析,提出了适用于该类楼盖的竖向基频计算公式。最终,根据箱板式钢结构楼盖的舒适度评价指标及限值,提出了该类楼盖的舒适度验算方法及相应的性能提升措施,为该类楼盖的实际应用提供指导。
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