多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应研究

摘要

多层冷弯薄壁型钢结构房屋在我国的应用逐步增多，是典型的绿色环保轻钢体系，近年我国风灾造成大量中低层房屋的倒塌，其中包括相当部分的轻钢结构破坏，基于此,有必要对多层冷弯薄壁型钢结构房屋进行抗风研究，明确其在风荷载下的动力响应规律，并评价安全性和舒适性，相关结论可对工程中多层冷弯薄壁型钢结构抗风设计起到一定的参考和借鉴作用。
　　本文通过设计制作规则体型多层冷弯薄壁型钢结构房屋气弹性模型，对气弹性模型进行了不同工况下的风致响应风洞试验研究，在试验基础上，利用有限元数值模拟的方法，对复杂体型多层冷弯薄壁型钢结构房屋进行风致响应计算及基于阻尼比改进的减振分析，得到以下结论：
　　（1）试验分析结果：①规则体型多层冷弯薄壁型钢结构房屋 X向位移不利风向角为22.5°和45°，Y向位移不利风向角为45°和90°。在国内大部分地区的基本风压下，结构位移响应小，整体安全性较好。②结构X向加速度最不利风向角为45°，Y向加速度不利风向角为0°和90°。当基本风压大于等于0.6kN/m2时，需考虑加速度超限带来的舒适性问题并进行相关舒适度设计。③结构位移响应主要由一阶自振和尾流响应贡献，而加速度响应需对高阶振型进行更多考虑。
　　（2）有限元分析结果：①复杂体型多层冷弯薄壁型钢结构房屋在22.5°、45°、157.5°和180°几个风向角时所受压力较大，建议工程设计时考虑当地常见风向，避开风压不利风向角。②结构X向位移和加速度的最不利风向角均为157.5°，Y向位移不利风向角为45°、67.5°、90°，加速度最不利风向角为180°。结构位移、加速度较大的部位，工程上可采取安装导流装置和阻尼器的措施。结构X向响应为一阶自振占主要贡献，Y向响应除了与自振相关外，还由尾流响应控制。③阻尼比增加范围、幅度等对降低位移和加速度有不同程度的影响。结构顶部X、Y向位移峰值最大降幅均出现在阻尼比从0.08~0.09时，X向加速度峰值最大降幅出现在阻尼比从0.08~0.09时，Y向加速度峰值最大降幅出现在阻尼比从0.07~0.08时。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 多层冷弯薄壁型钢结构房屋气弹性模型设计与制作

2.1 原型结构

2.2 相似准则

2.3 气弹性模型设计制作

2.4 气弹性模型动力特性试验

2.5 小结

3 风致响应试验研究

3.1 试验设备

3.2 试验工况

3.3 试验结果及分析

3.4 小结

4 风致响应有限元模拟验证分析

4.1 有限元数值方法验证

4.2 有限元结果验证分析

4.3 小结

5 复杂体型多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应有限元分析

5.1 有限元模型及计算设置

5.2 风速风压结果分析

5.3 位移加速度结果分析

5.4 减振改进分析

5.5 小结

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果