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钢结构住宅是我国“十一五”计划重点发展的结构形式,也是我国实现在建筑领域节能减排的一项重要措施。目前,在多高层钢结构住宅中主要使用方钢管柱和H型钢梁作为钢框架。而方钢管柱和H型钢梁连接节点是目前研究的难点和热点,现有的节点形式不能很好的满足住宅产业化发展的要求。因此,有必要研究适应住宅产业化要求的新型节点形式。
外套管式节点是一种全螺栓连接节点形式,具有力学传递途径明确、工厂化程度高、方便运输和现场安装便捷高效等优点,符合钢结构住宅产业化和工业化发展的趋势,因此,课题组选定该节点为研发的核心内容。
外套管式节点的加工和安装工艺是其在工程实践中能否推广使用的关键因素之一。为简化加工厂的流程以及保证工程现场的顺利安装,对新型外套管式节点的加工和安装工艺反复推敲,进行工艺试验验证,同时辅以理论分析和有限元分析,提供并论证切实可行的相关工艺标准。
外套管式节点属新型连接节点形式,对于其承载力计算方法,特别是T型连接件的抗撬验算和外套管壁厚的计算,依据试验结果、理论分析和有限元分析后统计回归得到其设计公式,以供工程设计参考。
外套管式节点属于典型的半刚性连接节点,初始刚度和弯矩-转角全曲线是其非常重要的力学性能指标,尤其是分析和研究采用该节点的结构整体性能时,更是必不可少的参数。对于该节点的初始刚度,采用理论分析和有限元分析相结合的方法,利用组件法,给出其初始刚度解析式;对于弯矩-转角全曲线,采用幂指数模型,依据试验和有限元分析得到的曲线进行拟合分析,得到曲线的幂指数解析式。
全螺栓的安装方法对节点的构造提出了更高的要求,结合工艺试验和示范工程的施工,对各个组件的尺寸提出限值,以便更好的提高安装效率,节约社会资源。
采用ANSYS软件和SAP2000软件,针对典型建筑面和典型层高(多层6层左右,高层11-18层),分析和对比采用外套管式节点的结构和采用理想刚接节点时力学性能的变化,在保障结构安全性的前提下,为结构设计人员提供可参考的设计依据和标准。