门式刚架轻型房屋钢结构中的蒙皮效应研究

摘要

目前，门式刚架轻型房屋钢结构因其结构简单、重量轻、施工工期短、造型美观和经济效果好等优点，已被广泛应用。该种房屋的外围护结构通常为压型钢板，压型钢板的蒙皮效应可以有效提高结构整体刚度。然而现阶段，由于技术上的原因，我国在对门式刚架轻型房屋钢结构的设计中，只考虑结构主体的整体受力，忽略结构中实际存在的蒙皮效应，不仅不符合结构的实际受力状况，甚至可能会使得屋面压型钢板被扭曲甚至拉裂破坏，造成严重的安全事故。基于此，本文对门式刚架轻型房屋钢结构中的蒙皮效应展开研究。
　　本文通过阅读大量国内外关于蒙皮效应的研究成果，分析总结了门式刚架轻型房屋钢结构中，蒙皮效应的作用机理，考虑蒙皮效应的基本条件，受力蒙皮结构的主要组成部件以及节点布置类型，蒙皮效应分析的常用方法。分析总结了蒙皮效应有限元理论的基本原理，重点探讨了蒙皮板单元中蒙皮板的等效和等效剪切模量的确定方法，连接件单元和刚架构件单元的单元方程。对一轻钢结构蒙皮效应试验模型进行了有限元模拟分析，验证了本文有限元方法的有效性。
　　以工程中常见的双坡单跨门式刚架轻型房屋钢结构为实例，建立了四种情况下的四种模型，并进行了弹性静力计算和模态分析，通过比较分析不同模型中结构的位移、内力、周期（频率）和振型情况，结果表明:门式刚架轻型房屋钢结构中的蒙皮效应提高了结构的抗侧向刚度，使得结构内力分布更加均匀、合理，同时提高了结构整体承载力，从而使得原支撑杆件对结构的作用变小，但振型变得复杂。通过对设计时考虑蒙皮效应和不考虑蒙皮效应时的用钢量进行比较分析，结果表明:在相同性能下，门式刚架轻型房屋钢结构中的蒙皮效应可以大大减小结构构件截面尺寸和自重，具有较高的经济价值。
　　以封闭式单跨门式刚架厂房为实例，分析了刚架柱长细比、蒙皮板厚度及蒙皮开洞对门式刚架轻型房屋钢结构中蒙皮效应的影响，结果表明:①、在结构允许长细比以内，结构中蒙皮效应使得在一定范围内改变刚架长细比，对结构侧移的影响不大;②、蒙皮板厚的增加可以提高结构抗侧移能力并减小内力，但幅度是有限的;③、随着蒙皮开洞率的增加，蒙皮效应也会有所削弱，但开洞率小于15％时，削弱作用不明显，侧墙蒙皮板两端开动洞要比中部开洞对蒙皮效应削弱作用明显。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 门式刚架轻型房屋钢结构的研究现状

1．2．2 蒙皮效应的研究现状

1．4 本文的主要内容

第2章 蒙皮效应的作用机理、构成及研究方法

2．1 蒙皮效应的作用机理

2．2 蒙皮结构的构成

2．2．1 蒙皮板

2．2．2 连接形式和连接件

2．2．3 钢框架结构

2．3 蒙皮节点的主要布置形式

2．4 蒙皮效应的研究方法

2．4．1 试验法

2．4．2 简化分析方法

2．4．3 计算机数值方法

2．5 本章小结

第3章 蒙皮结构有限元理论及计算模型

3．1 蒙皮结构的有限元理论

3．1．1 有限元的基本原理概述

3．1．2 蒙皮板的有限元模型

3．1．3 连接件的有限元模型

3．1．4 刚架构件的有限元模型

3．2 蒙皮单元的有限元模拟与试验对比

3．2．1 试验介绍

3．2．2 蒙皮单元的有限元模拟

3．2．3 有限元分析与试验结果对比

3．3 门式刚架轻型房屋钢结构整体模型的建立

3．3．1 不考虑蒙皮效应的基本假定

3．3．2 考虑蒙皮效应的基本假定

3．3．3 SAP2000计算模型及荷载施加

3．4 本章小结

第4章 门式刚架轻型房屋钢结构弹性静力、模态及蒙皮效应经济性分析

4．1 静力计算结果及分析

4．2．1 结构位移

4．2．2 结构内力

4．2．3 蒙皮板应力

4．3 门式刚架轻型房屋钢结构的模态分析

4．4 考虑蒙皮效应模型的经济性分析

4．4．1 分析方法

4．4．2 优化结果分析比较

4．5 本章小结

第5章 门式刚架轻型房屋钢结构中蒙皮效应的影响因素分析

5．1 框架柱长细比的影响

5．1．1 框架柱长细比对结构侧移的影响

5．1．2 框架柱长细比对结构内力的影响

5．2 蒙皮板厚度的影响

5．2．1 蒙皮板厚度对结构侧移的影响

5．2．2 蒙皮板厚度对结构内力的影响

5．3 蒙皮开洞的影响

5．3．1 蒙皮开洞对结构侧移的影响

5．3．2 蒙皮开洞对结构的内力影响

5．4 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献