双层模块填充稀疏钢框架结构的抗侧性能数值分析

作     者：钟旭 陈浩 张明亮 王霄翔 石拓 高志成 潘嫣然 

作者机构：湖南建设投资集团有限责任公司 中南大学土木工程学院 湖南省建筑施工技术研究所 中湘智能建造有限公司 

出 版 物：《钢结构(中英文)》 (Steel Construction(Chinese & English))

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：湖南省自然科学基金青年项目(2023JJ40271) 

主　　题：钢结构模块建筑 稀疏钢框架 抗侧性能 数值模拟 箱框连接节点 

摘      要：钢结构模块建筑是一种新兴的装配式建筑，但既有几种模块结构体系难以满足高层建筑以及大层高、大跨度建筑空间的应用要求。为增加模块建筑的适用高度及改进其建筑性能，国内提出了一种双层模块填充稀疏钢框架建筑体系，然而采用现有方法进行结构分析和设计不利于其节约用钢量，亟待研究填充模块单元后整体结构的抗侧性能，进而得到模块单元的刚度贡献规律，以提升新型模块建筑体系设计的经济性。本文采取ABAQUS非线性有限元软件分别对2层模块单元叠箱、稀疏钢框架以及填充2层模块单元的整体箱框结构进行建模计算，通过对比分析得到模块单元叠箱自身抗侧刚度、叠箱对整体结构侧向刚度的实际贡献。本文分别考虑了单元、框架构件截面尺寸，模块单元-稀疏框架连接节点（箱框连接节点）刚度以及每跨框架填充模块单元列数等因素，对于整体箱框结构抗侧性能的影响，并提出侧向刚度增强系数α、模块单元刚度修正系数βM、箱框连接节点影响修正系数βRF及框架空间效应修正系数βSP分别反映各类因素的影响规律。结果表明：模块单元对整体抗侧性能的贡献不可以忽略（α0），当箱框连接节点采用螺栓连接节点时，模块单元实际贡献的侧向刚度略小于自身刚度，对填充单列模块单元的情况，模型修正系数βM平均为0.937；当箱框连接节点变为焊接时，模块单元刚度贡献有所提升(本例中βRF=1.340～1.3520)。此外，尚应考虑框架空间效应，导致稀疏框架受力平面外模块单元部分贡献刚度存在折减(本例中βSP=0.799～0.9070)。本文研究成果可为新型模块建筑结构分析奠定了初步的研究基础。