高烈度区多层重载钢结构厂房优化设计研究

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近些年来,随着我国钢产量的不断增加,钢材价格也在逐渐降低,加上我国钢结构研究水平的不断提高,钢结构凭借自身质轻、高强、抗震性能好、产业化程度高、施工周期短、绿色环保、可回收利用、能满足工业厂房大跨度、大空间要求等优越特性,在工业厂房的生产和设计中逐渐取代了传统的钢筋混凝土结构,得到了越来越广泛的应用。但由于工业厂房跨度大、荷载大、工作环境复杂,特别是在高烈度抗震设防地区,导致钢结构厂房用钢量较大,因而其造价较高。  随着钢结构在我国工业厂房中的应用越来越广泛,节约钢材已成为我们需要长期努力的目标,而合理的结构设计就是其中一条有效途径。合理的结构设计对结构的抗震性能和工程造价起到至关重要的作用。因此,如何在不改变已定的建筑方案及结构柱网布置尺寸的前提下,在满足各种功能要求的同时兼顾经济性是钢结构厂房设计亟待解决的问题。  本文以某精密制造基地钢结构厂房为研究对象,其抗震设防烈度高、柱距大、各楼层活荷载标准值大,因此其用钢量大,所带来的抗震设计工作难度也较大。本文在不改变其建筑方案及原结构柱网布置尺寸的前提下,通过改变次梁的布置方向和柱的截面形状,即改变荷载传递路径及方向,提出另外三种结构设计方案。应用有限元软件SAP2000对该三种结构方案与原结构方案进行多遇地震作用下的模态分析、反应谱分析、弹性时程分析以及经济性对比分析,然后将多遇地震下的抗震性能和经济性较优方案与原结构方案进行罕遇地震下的弹塑性时程分析对比,选出抗震性能和经济性最优方案。  研究结果表明,采用箱型柱次梁沿长跨方向布置的结构方案抗震性能最好,用钢量也最少。  本文结合实际工程展开研究,研究结果对今后类似钢结构厂房设计具有一定的指导意义。
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