本研究以某集散區(qū)域鋼塔結(jié)構(gòu)形建筑為例進(jìn)行研究，探究鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，在保證集散穩(wěn)定的基礎(chǔ)上降低建造成本，并為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)在相關(guān)領(lǐng)域的推廣提供參考。

本研究工程地點(diǎn)位于位置在川、滇、藏交界處，該結(jié)構(gòu)主要為地上4層和地下1層建筑，建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，屋面采用鋼結(jié)構(gòu)，總高度為45.4 m，主體部分高度為28.1 m。鋼塔部分高度為17.5 m，寬度為7 m，按照二級(jí)等級(jí)構(gòu)建建筑，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。按照普通建筑和構(gòu)筑物設(shè)置其設(shè)計(jì)使用年限為50年。由于該地區(qū)地震危險(xiǎn)性較高，因此設(shè)置其抗震設(shè)防類別為丙類，由于其鋼塔部分采用鋼框架結(jié)構(gòu)，因此本研究選擇其鋼塔部分作為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)查研究并對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上得出優(yōu)化方案。對(duì)該區(qū)域基本仿真情況進(jìn)行總結(jié)。

結(jié)合上述工程介紹，現(xiàn)對(duì)鋼塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，繪制有限元結(jié)構(gòu)模型，并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)設(shè)置參數(shù)，結(jié)合初始結(jié)構(gòu)展開數(shù)據(jù)分析，對(duì)模型進(jìn)行調(diào)試，并得出有限元分析結(jié)果。結(jié)合GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行荷載值選取。在實(shí)際研究中按照工程實(shí)際狀況進(jìn)行工程材料尺寸及材料自重標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。查閱工程區(qū)域的水文情況該處的相關(guān)荷載信息，并選擇該處的基本風(fēng)壓w0為0.45 kN/m2，將該處地面粗糙度歸類為B類，結(jié)合氣候條件設(shè)置雪荷載基本雪壓S0為0.5 kN/m2 。

從圖2可知在焊接中在構(gòu)件走位布置8塊加強(qiáng)肋，從而進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)性能，并且在安裝鋼結(jié)構(gòu)前需要檢查構(gòu)件預(yù)埋螺栓之間的尺寸是否規(guī)范，螺紋部分是否完整，并在施工中注意對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，保證施工完成后結(jié)構(gòu)可達(dá)到預(yù)期剛性需求。該鋼結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)高于上部結(jié)構(gòu)，因此只需上部結(jié)構(gòu)滿足剛度需求即可。對(duì)其上部結(jié)構(gòu)，通過(guò)放大修正后基本風(fēng)壓風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析得出風(fēng)荷載在35 m處達(dá)到大值，為16.40 kN，且將終修正基本風(fēng)壓放大到1.82 kN/m2。結(jié)合本工程實(shí)際狀況選擇Q345B作為主要結(jié)構(gòu)材料，選擇Q235B作為地腳螺栓材料，對(duì)安裝定位螺栓以C級(jí)4.6S螺栓作為主要定位部件，螺孔等級(jí)設(shè)置為二級(jí)，且對(duì)材料進(jìn)行檢驗(yàn)，管控焊接品質(zhì)，保證其滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在焊接中未標(biāo)注焊縫焊腳尺寸應(yīng)控制在8 mm之內(nèi)，且管控焊縫終質(zhì)量不小于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合實(shí)際工程需求，設(shè)定鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件截面參數(shù)。

結(jié)合工程實(shí)際狀況以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)建模對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的鋼柱、鋼梁以及支撐等構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)布置，之后進(jìn)行樓層組裝，并建立完整的建筑物結(jié)構(gòu)模型，在此基礎(chǔ)上得出的建筑物結(jié)構(gòu)模型見圖3[4]。

向STS三維模型中輸入對(duì)應(yīng)荷載參數(shù)建立對(duì)應(yīng)模型結(jié)構(gòu)，從而對(duì)模型進(jìn)行定量處理。以SATWE進(jìn)行程序計(jì)算，首先需要進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)前處理，從而確定計(jì)算參數(shù)準(zhǔn)確性，該步驟也是數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，為后續(xù)SATWE計(jì)算奠定基礎(chǔ)。在軟件仿真過(guò)程中采用剛性樓板假定，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)位移的計(jì)算。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中應(yīng)保證該假定不變，當(dāng)模型結(jié)構(gòu)建立完善后，可取消該假定。

通過(guò)逐項(xiàng)完成以上分析，以SATWE展開結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，并以SATWE進(jìn)行文本輸出。通過(guò)SATWE展開結(jié)構(gòu)分析，從而便于對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改調(diào)整，信息數(shù)據(jù)主要包括輸入信息、風(fēng)荷載信息、計(jì)算信息等。通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算后，便可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)樓層抗剪承載力以及承載力比值結(jié)果[6]。

在進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析過(guò)程中首先對(duì)各項(xiàng)信息進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)，并在計(jì)算結(jié)果中對(duì)其偏心率進(jìn)行驗(yàn)算，按照J(rèn)GJ 99—2015可知,計(jì)算結(jié)果偏心率不可超出0.15。對(duì)計(jì)算結(jié)果中的x、y向偏心率Eex、Exy進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)合整個(gè)4層建筑結(jié)構(gòu)驗(yàn)算得出其計(jì)算結(jié)果。

從分析中發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)受到地震作用以及風(fēng)荷載作用仍舊保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)性質(zhì)，因此優(yōu)化后結(jié)構(gòu)可滿足7度抗震要求，本次優(yōu)化切實(shí)可行。

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