错列桁架体系高层钢木混合结构整体稳定性研究

论文摘要

结构的失稳破坏是比较突发的，结构一旦屈曲，结构随即崩溃，很多的实际工程事故证实了结构失稳破坏远比强度破坏危险，因而对结构进行整体稳定性分析尤为重要。错列桁架体系高层钢木混合结构住宅是一种新型的绿色住宅，该结构具有截面轮廓尺寸小,构件细长和板件柔薄的特点，对结构整体稳定性进行研究以探索其失稳破坏的方式及影响结构整体稳定性的因素，为该结构设计提供依据。本文按照南京地区一15层住宅的建筑方案，运用有限元设计软件SAP2000进行错列桁架体系钢木混合结构设计。分析其在荷载效应基本与偶然组合下结构的受力性能，结果表明该体系结构在荷载效应的基本组合下，桁架弦杆、腹杆、框架柱、楼板搁栅的内力较小，横向平面内弯矩和剪力主要集中在桁架层，而框架柱中的剪力和弯矩很小，其主要承受轴向力，充分利用了钢材抗拉弯、木材的抗压，使两种材料均发挥了各自的长处；该体系结构在荷载效应的偶然组合下，以错列桁架为抗侧力体系，结构水平剪力大部分化作桁架斜腹杆的轴向力，柱子主要承受轴向力，使得结构侧移明显降低，错列桁架体系钢木混合结构表现出了良好的抗震能力。运用有限元设计软件ANSYS，对该15层错列桁架体系钢木混合结构建模，分析其整体稳定性，同时考虑材料非线性和几何非线性双重非线性，选择合适的计算方案和迭代技术，对该结构在载荷作用下的变形和失稳过程进行了计算和模拟，得到了荷载-位移曲线和极限承载力大小，并分析了该结构重要构件的塑性发展过程。得出错列桁架体系高层钢木混合结构极限承载能力较高、延性较好的结论。本文最后对影响结构整体稳定性的主要因素进行了分析，主要包括结构材料、高宽比、框架柱截面尺寸、不同抗侧力体系、楼层高度。结果表明：纯钢结构能使极限承载力有所提高，但幅度有限；结构随着高宽比的增加，极限承载力下降；增加框架柱的截面对结构极限承载力的提高有显著的效果；结构设置纵向支撑意义不大，设置横向支撑能较大的提高结构极限承载力，且很好的控制结构侧向位移；随着层高的增加，结构抗侧刚度减小，极限承载力随之降低，侧移随之增加。结构应将高宽比、框架柱截面、楼层高度控制在合理的范围之内，以满足安全性及经济性的要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 钢木结构及错列桁架体系结构的研究现状
• 1.2.1 钢结构的应用与发展
• 1.2.2 木结构的应用与发展
• 1.2.3 错列桁架体系研究现状
• 1.3 结构整体稳定性研究现状
• 1.3.1 计算长度法
• 1.3.2 高等分析法
• 1.3.3 有限单元法
• 1.4 高层错列桁架结构稳定性研究现状
• 1.5 研究的主要内容及技术路线
• 第二章 结构稳定问题及非线性分析方法
• 2.1 结构稳定基本概念和分类
• 2.1.1 稳定问题的特点
• 2.1.2 稳定问题的分类
• 2.1.3 结构整体稳定的判定准则
• 2.2 结构非线性极限承载力的影响因素
• 2.3 结构非线性分析方法
• 2.3.1 结构非线性计算步骤
• 2.3.2 结构非线性计算方法
• 第三章 错列桁架体系高层钢木混合结构设计及性能分析
• 3.1 错列桁架体系高层钢木混合结构设计
• 3.2 错列桁架体系高层钢木混合结构受力性能分析
• 3.2.1 荷载取值
• 3.2.2 荷载效应基本组合下结构的受力性能
• 3.2.3 荷载效应偶然组合下结构的受力性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 错列桁架体系高层钢木混合结构整体稳定性分析
• 4.1 结构整体稳定性分析的有限元法
• 4.2 错列桁架体系钢木混合结构有限元模型
• 4.2.1 单元选择
• 4.2.2 荷载组合
• 4.2.3 模型建立
• 4.3 结构特征值屈曲分析
• 4.3.1 ANSYS 特征值屈曲分析设置
• 4.3.2 特征值屈曲计算结果分析
• 4.4 结构非线性整体稳定性分析
• 4.4.1 ANSYS 非线性分析设置
• 4.4.2 极限承载力参数分析
• 4.4.3 结构重要构件塑性发展分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 错列桁架体系高层钢木混合结构整体稳定性多因素分析
• 5.1 结构材料对结构整体稳定性的影响
• 5.1.1 计算模型
• 5.1.2 极限承载力参数分析
• 5.2 高宽比对结构整体稳定性的影响
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 极限承载力参数分析
• 5.3 框架柱截面尺寸对结构整体稳定性的影响
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 极限承载力参数分析
• 5.4 不同抗侧力体系对结构整体稳定性的影响
• 5.4.1 计算模型
• 5.4.2 极限承载力参数分析
• 5.5 不同层高对结构体系整体稳定性的影响
• 5.5.1 计算模型
• 5.5.2 极限承载力参数分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录