竖向收进顶层门式刚架钢框架结构设计与性能分析

摘要

随着钢结构发展创新，工业厂房建筑功能趋向于多功能化，为满足设备布置、办公等需求，门式刚架钢框架组合结构应运而生。然而现行规范、规程均未涉及此种结构形式，探究这种结构的设计方法和性能具有较高应用价值。因此本文以某竖向收进，裙房为3层、塔楼为2层，共5层，裙房顶层与塔楼顶层均采用门式刚架的钢框架厂房为背景，采用有限元软件，通过方案对比方式对此竖向收进顶层门式刚架钢框架结构进行设计并分析结构动力性能，得到合理设计方案。
　　首先，本文尝试以《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》为基础，采用PKPM软件，建立并分析了分别对门式刚架部分采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》、钢框架部分采用《钢结构设计规范》进行设计的组合结构方案模型P1。得到竖向收进顶层门式刚架钢框架结构合理建模与设计过程。
　　其次，为探讨上述方案抗震性能，以方案P1为基础提出两种对比方案P2与P3。其中方案P2为仅以《钢结构设计规范》控制设计竖向收进顶层门式刚架钢框架结构;方案P3为改裙房与塔楼顶层门式刚架为钢框架，结构整体按《钢结构设计规范》设计的钢框架结构。本文采用PKPM对上述对比方案进行综合设计分析，得到方案模型。并采用Sap2000软件对以上3种方案进行多遇地震作用下反应谱、弹性时程分析，罕遇地震作用下弹塑性时程分析。得出采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》、《钢结构设计规范》进行设计的竖向收进顶层门式刚架结构多遇地震作用下结构抗震性能良好，罕遇地震由于支撑屈服抗震性能略有下降，但相对规范所要求指标有一定富余。并且此种方法设计的结构经济性能良好，具有相对明显优势。
　　第三，为探讨此种组合结构动力性能，本文采用Sap2000软件分析裙房的框架层数、裙房顶层与塔楼顶层门式刚架侧向刚度的变化对组合结构动力性能的影响。分析得出在一定范围内随着裙房的框架层数增加结构自振周期增大，结构柔度增加。塔楼顶层门式刚架侧向刚度在一定范围内增加，其所在楼层横、纵两方向层间位移减小，其余楼层基本不变。裙房顶层门式刚架侧向刚度在一定范围内增加时，裙房顶层及以上楼层纵向层间位移减小;横向层间位移角增加，其余楼层基本不变。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．3 研究目的

1．4 研究内容

第2章 设计理论

2．1 门式刚架结构形式与体系

2．2 钢框架形式与体系

2．3 抗震分析理论及方法

2．3．1 抗震设防准则

2．3．2 反应谱相关概念

2．3．3 振型分解反应谱法

2．3．4 时程分析法

2．4 本章小结

第3章 工程实例

3．1 工程基本信息

3．1．1 工程概况

3．1．2 主要结构材料

3．2 工程结构建模

3．2．1 结构建模

3．2．2 SATWE前处理

3．2．3 设计模型补充

3．2．4 设计属性补充

3．3 计算及分析

3．3．1 自振周期

3．3．2 柱顶位移

3．3．3 层间位移角

3．3．4 刚重比

3．3．5 剪重比

3．3．6 设计指标

3．4 方案对比

3．4．1 方案提出

3．4．2 方案对比

3．5 本章小结

第4章 结构抗震性能分析

4．1 地震波的选取原则

4．1．1 地震波基本三要素

4．1．2 常用地震动选取方法

4．2 地震波初步筛选

4．2．1 剪切波速度

4．2．2 峰值加速度(PGA)

4．2．3 地震动有效持续时间及两个频率段控制

4．2．4 初选结果

4．3 方案P1多遇地震作用下结构抗震性能分析

4．3．1 自振周期

4．3．2 底部剪力

4．3．3 柱顶位移

4．3．4 层间位移及层间位移角

4．4 方案P1罕遇地震作用下弹塑性时程分析

4．4．1 底部剪力

4．4．2 柱顶位移

4．4．3 层间位移及层间位移角

4．4．4 塑性铰

4．5 三方案抗震性能对比

4．5．1 柱顶位移

4．5．2 层间位移及层间位移角

4．6 本章小结

第5章 竖向收进顶层门式刚架钢框架结构动力性能分析

5．1 裙房框架层数对结构动力性能的影响

5．1．1 模态分析

5．1．2 反应谱分析

5．2 门式刚架侧向刚度对结构动力性能的影响

5．2．1 塔楼顶层门式刚架侧向刚度对结构动力性能的影响

5．2．2 裙房顶层门式刚架侧向刚度对结构动力性能的影响

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

作者简介