水平荷载作用下冷弯薄壁型钢住宅结构侧移理论研究

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冷弯薄壁型钢住宅结构在我国属于一种新型住宅体系,对这种结构体系的整体受力性能和设计理论方面的研究几乎是空白。本文针对水平荷载(风、地震)作用下冷弯薄壁型钢住宅结构的整体侧向变形和平面扭转效应的计算与控制进行了理论分析研究,具体内容如下:首先,针对冷弯薄壁型钢住宅结构,参照现行相关规范,给出了作用在该结构上水平风荷载和水平地震力计算公式,并通过将冷弯薄壁型钢组合墙体抗侧刚度公式引入结构上通用的楼层整体平动侧移计算公式,得到了水平荷载作用下冷弯薄壁型钢住宅结构弹性阶段的平动侧移计算方法,将所提计算方法应用于实际工程算例,验证了该方法的适用性。其次,借鉴混凝土结构中对扭转效应的分析方法,将结构的平扭耦联变形分解为平动侧移和扭转侧移两种状态,然后将其效应进行叠加,推导出了低层和多层冷弯薄壁型钢住宅结构楼层的抗扭刚度及线弹性层间扭转角计算公式,进而得到组合墙体的位移和剪力计算公式。将所得公式应用于实际工程算例,计算结果表明:扭转效应对该结构在水平荷载作用下的结构响应影响显著,特别是在多遇地震作用下,扭转效应很可能使边缘组合墙体的侧移超出层间位移角限值,其不利影响不能忽略。对如何减轻扭转效应的不利影响提出了几点设计建议和构造措施要求,以指导实际工程设计。最后,采用有限元程序ANSYS对冷弯薄壁型钢住宅结构进行整体侧移变形的静力及单点响应谱分析。在验证了本文整体简化建模方法的可行性后,将该建模方法运用到后续有限元分析中,分析结果表明:无论是对称结构还是非对称结构,模型各层在水平荷载作用下的位移值有限元分析结果均较简化公式计算值结果偏小,但误差都在15%以下,结果验证了本文所推导出的冷弯薄壁型钢住宅结构侧移计算公式的正确件。
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