巨型钢框架梁柱节点静力性能分析

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1、第七屈全国王见代结构r[程学术研讨会巨型钢框架梁柱节点静力性能分析郭永兴陈麟邓雪松(广州大学土木工程学院．广州510006)．4摘要：利用^NsYS建立了巨型钢框架结构粱柱节点的有限元模型，分析了巨型钢框架结构节点在单向静力荷载F的受力特性，得到几点对实际结构设计有参考价值的结论。j关键词：巨型钢框架，节点，性能一、引言目前，我围钢结构的发展形势是；国家倡导，钢材充足，发展需要，技术成熟。钢结构用于建造高层建筑有着诸多的优点“’．-在高层建筑钢结构的设计中，随着建筑高度的增加，创新的结构形式不断出现“～“，而巨型铡结构是解决l每层建筑结构，特别

2、是超高层建筑结构抗震、抗风问题的有效结构形式，具有很好的发展前景，但目前还没有建立完整的与巨型钢结构相关的计算理论与分析方法，而作为巨型钢结构主要受力部件的节点，则是制约巨型钢结构新体系发展的关键问题之一“1。北京市建筑设计研究院对钢筋混凝土高层住宅的两个节点做了试验。试件设计以一般住宅建筑的巨型框架结构为原型，重点研究中层中节点部位在非弹性阶段工作状态和破坏机理。将“[”型粱柱截面交叉简化为“工”截面交叉节点进行研究，清华人学也作了四个相同形状的节点试验，试验的破坏形态都与普通结构有很大的区别：从试件结构看，六个构件的梁洞紧靠主柱边，粱与柱形

3、成上下两肢翼缘，上下两肢翼缘不对称。从六个试件的破坏形态看，后五个构件都是梁端下肢翼缘剪切破坏。上翼缘出现塑性铰后，竖向荷载全由下肢翼缘梁承担，最后足下肢翼缘梁剪切破坏。第～个试件昆节点区连梁剪切破坏，导致巨型柱侧向刚度降低，使结构总体位移和层问弹塑性位移增大。重庆大学针对巨型框榘结构体系，结合四川航空大覆钢筋混凝土巨型结构方案，研究主结构箱形柱和箱形梁的交接节点处的破坏机理和抗震性能．并做了两个节点模型试验，证实了在巨型箱形柱中，依托连粱的延性设计来达到耗能目的是不现实的这一重要结论；根据试验结果和有限元计算，提出了巨型框架结构体系抗震概念设

4、计的总体思想以及借助“能力设计法”设计合理的塑性耗能机制的构思，提出了一些对巨型框架结构设计具有重要参考价值的结论。．本文利用ANsYs对巨型钢框架的粱柱节点进行了分析，通过分析发现在巨型钢框架粱柱节点中，巨型粱和巨型柱间的支撑主要承受轴力作用；在单向静力荷裁的作用下，巨型粱中传来的力基本上由与巨型粱相连的那几根柱承担；巨型梁与巨型柱相交处的梁柱节点是整个巨型铡框架粱柱节点中最脆弱的部位。二、巨型钢框架结构本文选用ETABs建立了巨型钢框架结构的计算模型，模型为～个66层的办公楼，高237．6米，层高3．6米，结构平面尺寸为48mx48Ⅲ，每边

5、7跨，每ll层布置一道巨型梁““，模型的平面和三维立体图如图l所示：广东省自然科学基金项目(030501)工业建筑2D07增刊1359第七属全国现代结构工程学术研讨会×XⅨⅪ×。}．巨塑<×巨型；《L×●。●60007己0072007己00600C(a)平面图模型构件截面尺寸如下：图1巨型钢框架结构计算模型·表1巨型钢框架结构的截面尺寸(b)三维立体图箱型柱截面尺寸箱型桂截面尺寸1楼层(H×B×t．×trtm)(H×B×t．×t．．衄)0l～ll850×850×70×7034～44700×700×32×3212～22800×800×45×454

6、5～55700×700×22×2223～33800×800×40×4056～66600×600×19×19工字型梁截面尺寸箱型支撑截面尺寸楼层(H×B×t。×t，．mn)(}l×B×t．×t．．m)0I～66600×200×25×1201～66300×300×lq×18采用振型分解反应谱法计算巨型钢框架的水平地震作用，按8度抗震设防烈度，II类场地土，地震分组位于第二组。基本风压为O．55kN／m2，结构所处的工程环境为密集建筑群的大城市市区，地面粗糙度为c。按《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—98)，考虑以下荷载组合：l、1．2重力

7、荷裁+1．4活荷载+1．4风荷载；2、1．2重力荷载+1．3水平地震作用；3、1．2重力荷载+13水平地震作鬲t028风荷载。荷载组合后发现，在荷载组合3的情况下，加在第一道巨型梁上的柱轴力最大，分别为：横向巨型梁：2．36×103kN，1．66×103kN；纵向巨型粱：2．63×103kN：1．53×l03kN。F面就以第一道巨型粱所在的巨型节点为基础，利用大型通用有限元软件_ANSYs建立巨型钢框架结构节点的有限元模型。1360工业建筑2007增刊第七届全罔现代结构T程学术研讨会’三、巨型钢框架梁柱节点的有限元模型(一)有限元模型的建立．、

8、依据表l所列的截面数据，利用大型通用有限元软件^NsYS建立了巨型钢框架结构节点的有限元模型节点的模型如图2所示：图2巨型钢框架梁柱节点的有限元模型巨