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多层钢结构住宅结构是钢结构建筑研究中的重要课题之一,从结构形式到配套技术都需要进行研究。目前,H型钢柱与H型钢梁构成的框架结构和框架一支撑结构体系在我国已经得到比较深入的研究,但从结构的经济性方面分析,由于RHS(Rectangular Hollow Section)柱比H型钢柱具有更好的双向抗弯、抗扭、稳定性等能力,多层框架结构和框架-支撑结构采用RHS柱与H型钢梁组合在某些条件下经济性更好。本文在结构经济性分析的基础上,通过研究多层框架结构和框架一支撑结构的受力和变形,得到了优化的梁、柱组合形式和设计准则。
RHS柱与H型钢梁通常采用焊接连接,但结构如发生节点破坏,则通常是由于在焊接区近旁产生很大的应变集中引起的,所以迫切需要研究其它的连接方式。而半刚性节点允许节点区域发生一定的相对变形,故可以缓和杆件内的应力集中,本文对RHS柱与H型钢梁的半刚性连接也展开了研究,提出了在RHS柱柱壁和衬板上用攻丝代替螺母的螺栓端板连接方式。通过试验、理论分析和数值模拟研究了这种连接方式的弯矩-转角关系及抗震特性,并给出这种连接方式的设计施工建议。
为了考察半刚性连接对整体框架结构和框架一支撑结构的影响,本文讨论了两种半刚性连接的有限元模型一节点单元法和释放梁端弯矩法的优缺点,并通过释放梁端弯矩法研究了半刚性框架在多遇地震作用下的特点。论文还推导了简化的计算公式,并利用其研究了在静力作用下,半刚性连接对框架结构和框架-支撑结构的侧移和弯矩的影响。
另外,楼板也是多层钢结构住宅中的一个重要研究对象,由于预应力薄板叠合板在我国的混凝土结构中应用较为广泛,论文初步研究了将其应用到钢结构住宅中时遇到的一些问题。当计算楼面梁时,楼盖和钢梁在竖向荷载作用下需要按照组合梁来计算。由于这种叠合楼板整体性不好,为保证楼板能够传递水平力,本文提出了在水平荷载作用下按照隔板作用来计算楼板与钢梁之间的作用力,并在此基础上建议了这种楼板与钢梁连接的构造措施。