方钢管-T形钢组合截面柱住宅钢结构设计分析

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钢结构住宅因其在可持续发展、结构性能优越等方面的优势,顺应社会发展趋势和国家政策推动,得到快速发展。方钢管-T形钢组合截面柱结构新体系在建筑美观、增大建筑使用面积等方面具有独特的优势,但另一方面,目前相关的研究还很匮乏,现行规范中对该类结构的设计也没有明确的规定,因此方钢管-T形钢组合截面柱结构具有实用的研究价值。本文从实际的工程项目出发,对采用方钢管-T形钢组合截面柱的高层框架支撑结构和多层框架结构进行试设计,使用Midas/Gen软件进行计算,并根据中国建筑标准设计研究院和清华大学主编的《方钢管-T形钢组合截面柱结构技术规程》(在编),对T形和L形方钢管-T形钢组合截面柱的强度、稳定、梁柱连接等进行设计和验算。此外,本文通过理论分析和有限元计算,从框架受力特征的角度,参考混凝土结构中异形柱和短肢剪力墙的定义方法,根据框架受力特征和变形特征,对方钢管-T形钢组合截面柱可按照柱而无需按照短肢剪力墙进行设计计算的合理性进行分析和验证。另一方面,从构件受力特征的角度,考虑到柱子的剪切变形基本可以忽略不计,而短肢剪力墙不能忽略剪切变形的影响,因此从Timoshenko梁的剪切系数着手,根据结构梁单元和壳单元模型内力计算结果进行验证。通过对高层框架支撑结构和多层框架结构两个算例的设计分析,验证了方钢管-T形钢组合截面柱结构的可适用性,同时对在编规范《方钢管-T形钢组合截面柱结构技术规程》的构件设计流程进行了梳理;通过对比方钢管-T形钢组合截面柱结构和传统箱形截面柱结构的用钢量,得到结论:在经济性相近的情况下,方钢管-T形钢组合截面柱结构比传统箱形截面柱结构具有更大的建筑使用面积。通过对组合截面柱的有限元分析,计算了方钢管-T形钢组合截面柱框架的肢强系数ζ,计算了方钢管-T形钢组合截面柱的Timoshenko梁剪切系数k,得出结论:设计算例中的方钢管-T形钢组合截面柱可以按照柱进行设计计算。
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