交错桁架钢结构的体系应用技术与示范.docx

交错桁架钢结构体系应用技术研究与示范目录1概述11.1序言11.2交错桁架应用现状21.2.1起源21.2.2特点21.2.3典型应用案例31.2.4相关技术标准41.3国内外研究现状41.4本项目研究背景及研究内容62交错桁架结构体系分析72.1交错桁架简介72.1.1交错桁架的组成72.1.2建筑上的特点82.2交错桁架结构体系的受力性能特点102.2.1在竖向荷载作用下的受力性能特点102.2.2在水平荷载作用下的受力性能特点102.3构件与节点设计122.3.1柱的设计122.3.2桁架的设计122.3.3节点设计142.4新型简化计算模型的提出与分析162.4.1水平交叉支撑模型的提出162.4.2水平交叉支撑模型在水平荷载计算时的适用性182.4.3水平交叉支撑模型在竖向荷载计算时的适用性222.4.4结论262.5本章小结263关键应用技术研究273.1提高结构纵向刚度的新型方案273.2提高桁架弦杆局部抗弯承载力的方法303.3柱-桁架全螺栓节点333.3.1节点的提出333.3.2有限元分析353.3.3对现有规范中节点板公式的建议383.4减小端斜腹杆截面尺寸的方法393.5本章小结424重要参数分析434.1层数434.2柱距454.3跨度464.4层高484.5节间数494.6本章小结495示范工程515.1柯北宿舍楼项目简介515.2结构设计525.2.1结构布置525.2.2设计依据555.2.3设计基本条件565.2.4结构计算585.2.5主要计算结果605.3施工工况分析755.4施工技术措施786结论83参考文献841概述1.1序言据中国钢结构协会资料表明，我国钢产量自1996年以来稳居世界第一位。2013年我国钢产量达到7.79亿吨，占全球产量的48.5%，2014年增至8.02亿吨，产能严重过剩，市场供大于求。目前，我国建筑钢结构用钢量约仅占钢产量7%左右，而发达国家建筑钢结构用钢量要占钢材产量的10%以上，美国、日本等国家更达到30%以上。近年来，国家及各地方政府相继出台政策以鼓励建筑业转型升级。从2013年至今，中央及各地方政府职能部门相继出台若干指导性意见、政策与实施条例，大力推动“预制装配式的建筑工业化”。建筑业向新型建筑工业化模式转型，走建筑工业化的发展道路，这一点已在行业内达成共识。积极推广钢结构建筑，可有效化解钢铁产能过剩的矛盾，促进钢结构行业健康发展。近些年，国家相关部门也相继出台政策，积极推进建筑工业化，并大力发展钢结构建筑。在国家推进新型建筑工业化的大背景下，各地建筑企业也在积极研究企业的转型升级问题，并加大了对预制构件、工业化建筑体系、建筑产品以及工业化建造技术等方面的研发投入。近几年，已陆续有相应成果产生，并投入生产和工程应用，地方标准及行业标准也相继出台；但这些研发成果和技术标准主要以预制装配式混凝土（PC）建筑为主，且主要针对于住宅建筑。但对学校、医院、商务办公及公寓旅馆等同样有着巨大市场需求的公共建筑，目前则鲜有建筑工业化方面的研究，在建筑工业化方面的成果亦少之又少，这应该引起相关部门足够重视。事实上，学校、医院、商务办公及公寓旅馆建筑一般都较为规整，更适合推广工业化建造方式，而且这类建筑人口集聚密度大，采用工业化建造，可以实现非常可观的节能效果。本项目基于交错桁架钢结构体系，通过对国内外研究成果的消化吸收和自主研发，开发出一种能够推广应用于学校、医院、商务办公、宿舍及宾馆公寓旅馆等平面狭长且具有内廊的多、高层建筑的高性价比、高装配化的工业化结构体系，并将该结构体系应用于示范项目中。1.2交错桁架应用现状1.2.1起源交错桁架体系起源于上世纪六十年代的美国，由麻省理工学院开发[1]，目的是为多、高层旅馆、公寓等高而窄的建筑提供更经济的结构形式，该体系最早应用于1967年在明尼苏达圣保罗建造的一栋16层的老年公寓。交错桁架结构体系具有经济性好，施工效率高，适合工业化方式建造等优势，如今在美国、加拿大、澳大利亚等国家普遍应用，且主要应用于公寓、宾馆及办公等建筑。2002年，美国钢结构协会（AISC）出版的规范《Steel Design Guide Series 14: Staggered Truss Framing Systems》中，已将钢结构交错桁架体系视为一种高效、经济而且施工快速的新型结构体系。我国目前尚无关于钢结构交错桁架体系的工程案例，本课题中的柯北宿舍楼项目为国内首个应用交错桁架钢结构的项目。1.2.2特点交错桁架结构体系[2]如图1-1所示，结构主体由纵向外围布置的柱子和横向布置的平面桁架组成；柱布置在结构外围，中间无柱，在纵向由钢梁相连；平面桁架隔跨、错层布置，其跨度等于建筑物的全宽，其高度一般为建筑层高，平面桁架与柱子铰接连接；楼板一端支承在