模块化钢框架结构抗连续倒塌分析

摘要

在我国近年来提倡绿色工业化发展理念，发展装配式建筑的前提下，模块化钢结构建筑以其绿色可持续性优势、节能优势、抗震性能优势、施工效率和施工质量的优势以及节约材料与成本的优势得到了广泛研究和大力发展。模块化钢结构建筑在给社会带来绿色、便利的同时，其结构安全性也需要得到相应的重视。模块化钢框架的节点连接、整体性能、抗震性能及其遭受偶然荷载作用产生局部破坏后是否会发生连续倒塌的研究是业界十分关注的问题。本文采用数值模拟对模块化钢框架进行了整体受力分析及抗连续倒塌分析。主要工作及结论如下：　　(1)通过大量阅读文献，综述了模块化钢框架的结构构造，模块化建筑概念、研究现状、模块单元的类型、模块单元之间的连接、模块化建筑的结构体系；综述了抗连续倒塌的相关研究现状、相关设计规范准则、相关分析方法及软件等。　　(2)运用Midasgen软件对模块化钢框架进行了结构整体受力分析，提取了自振周期和频率、结构内力及应力分布、结构变形位移等指标，研究表明模块化钢框架整体受力性能良好，但周期相对较大，且模块单元连接处易产生较大应力集中。　　(3)结合各国规范，运用SAP2000对模块化钢框架建筑进行了不同工况、不同方法下的抗连续倒塌计算，研究表明该模块化钢框架具有较好抗连续性倒塌的能力，且不同拆除工况下对应的结构抗连续性倒塌的能力不同，拆除短边中部簇柱抗连续性倒塌的能力大于拆除长边中部簇柱，而同内部簇柱相比，拆除角柱的抗连续性倒塌的能力较差。　　(4)以拆除长边中部簇柱为例，讨论了支撑、节点连接形式、楼板及构件失效时间长短等不同参数对结构抵抗连续性倒塌能力的影响。研究表明设置支撑可提高结构抵抗连续性倒塌的能力；节点连接形式和楼板的影响程度相对要小一些；构件失效时间则严重影响结构的动力响应，失效时间越小，结构拆除构件后振动越明显，动力响应越明显。

目录

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 模块化建筑介绍

1.2.1 模块化建筑概念

1.2.2 模块化建筑工程实例

1.2.3 模块化建筑国内外研究现状

1.3 抗连续倒塌研究现状及规范

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 结构抗连续倒塌设计规范

1.4 本文研究内容和主要工作

第2章模块化结构体系与相关分析方法

2.1 模块化建筑结构

2.1.1 模块单元

2.1.2 模块单元之间的连接

2.1.3 模块化建筑结构体系

2.2 连续倒塌分析方法

2.2.1 线性静力分析

2.2.2 非线性静力分析

2.2.3 非线性动力分析

2.3 其他相关分析及理论

2.3.1 模态分析

2.3.2 振型分解反应谱分析

2.3.3 非线性理论

2.4 结构分析软件 Midas gen 与 SAP2000介绍

2.4.1 Midas gen 介绍

2.4.2 SAP2000介绍

第3章模块化结构计算模型与整体受力分析

3.1 模型的建立

3.2 结构荷载计算

3.3 结构分析结果

3.3.1 模态分析

3.3.2 竖向静力荷载分析

3.3.3 水平风荷载分析

3.3.4 振型分解地震反应谱分析

3.3.5 结构设计荷载工况组合分析

3.4 本章小结

第4章模块化钢框架抗连续倒塌受力分析

4.1 分析参数及相关假定

4.1.1 分析参数

4.1.2 失效工况

4.1.3 分析假定

4.2 线性静力分析

4.2.1 工况一：首层角柱拆除

4.2.2 工况二：首层长边中部簇柱拆除

4.2.3 工况三：首层短边中部簇柱拆除

4.2.4 工况四：首层内部簇柱拆除

4.2.5 四种工况的比较

4.3 非线性动力分析

4.4 本章小结

第5章模块化钢框架抗连续倒塌影响因素分析

5.1 多柱区域拆除单根柱分析

5.2 支撑对结构抗连续倒塌的影响

5.2.1 不同支撑形式的影响

5.2.2 不同位置设置支撑的影响

5.3 节点连接形式对结构抗连续倒塌的影响

5.4 考虑楼板对结构抗连续倒塌的影响

5.5 构件失效时间对结构抗连续倒塌的影响

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献