打包箱式模块抗侧性能及多高层模块结构抗侧体系研究

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伴随着社会的进步,装配式建筑及其优势正日益受到广泛的关注,模块建筑是一种高度预制化的建筑形式,并且已有了多年的探索与发展,具有绿色环保、能耗低、施工效率高、劳动力需求少等诸多优势。
  目前国内出现一种新型打包箱式模块单元,在运输与拆装等方面具有其独特优势。但由于其冷弯薄壁非对称的截面形式,箱体单元在水平荷载作用下的抗侧性能不同于传统模块单元,且单元内立柱与顶底框连接处的节点为螺栓端板连接,其节点的半刚性对结构整体抗侧性能影响有待深入研究,相应标准关于结构设计方面的规定亟待完善。此外,为了推动模块建筑由低多层向多高层方向的发展,探索多高层模块建筑在我国抗震地区的应用,有必要对多高层模块结构各抗侧体系的适用性展开研究。
  本文首先对打包箱式模块单元的抗侧性能进行了试验研究,通过3个足尺箱体试验,得出了打包箱式模块单元纵向抗侧刚度与承载力,通过观察关键部位的受力状态,分析节点处的受力性能以及墙体对刚度的影响,得到箱体单元在极限荷载作用下的破坏模式。结果表明,相较于传统的类集装箱式模块单元,打包箱式模块结构较柔,柱端发生局部失稳的情况有待优化,梁柱节点连接处有张角,节点呈现半刚性,带围护结构的箱体存在蒙皮效应。
  之后,对打包箱式模块单元建立有限元模型,并与试验结果进行分析对比,验证有限元模型的合理性。通过有限元分析得到打包箱式模块单元内部节点的半刚性系数,并讨论了墙板对抗侧性能的实际贡献。然后,通过理论推导了节点初始转动刚度的计算方法,从整体结构层面对模块单元内的节点半刚性进行参数化分析,明确了单元内部节点半刚性对纯模块结构体系抗侧性能的影响,分析对比了与传统刚性节点在结构体系抗侧性能中的差异。
  最后,针对多高层柱承重式钢框架模块结构常用的抗侧体系,总结归纳了模块结构在设计时合理的建模分析方法,探究不同高度和抗震设防烈度下采用不同抗侧体系时计算结果的差异,从而得出各类抗侧体系的适用范围,为多高层柱承重式模块化建筑体系的选择和设计提供了参考。
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