一种适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体及其施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体及其施工工艺，该墙体包括新型钢框架单元和拓扑优化冷成型钢墙体单元。拓扑优化冷成型钢墙体单元的龙骨立柱横截面以及斜撑的布置都采用拓扑优化进行设计，使墙体具有更高的竖向和水平承载力。另外新型钢框架单元中的方钢管柱设置在拓扑优化冷成型钢墙体两侧，并上下连续，通过采用多组位于墙体两侧的卷边槽钢梁代替传统的单根工字梁，使得上层的竖向荷载不通过框架梁来传递，而是全部传递到下层墙体，同时可以较好地约束冷成型钢墙体单元的面外变形。由于多组卷边槽钢梁的存在，使得方钢管柱和拓扑优化龙骨柱成为整体，同时承担竖向和侧向力，有效地提升了结构的抗震性能、减小了方钢管柱截面尺寸。寸。寸。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体及其施工工艺


[0001]本专利技术涉及一种适用于多高层的新型钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体及其施工工艺,属于土木工程


技术介绍

[0002]冷成型钢组合结构，包括由冷成型钢龙骨立柱、导轨组成的冷成型钢骨架，以及通过自攻螺钉固定于冷成型钢骨架的墙板和屋盖。相关技术中的冷弯薄壁型钢住宅结构体系的突出优点是自重轻、施工速度快、抗震性能好、可结合普通钢结构运用，大部分建材可以回收利用。然而受到结构体系的限制，目前的冷成型钢结构主要用于三层以下住宅类房屋。
[0003]随着冷弯薄壁型钢结构体系的发展，多层冷弯薄壁型钢结构体系从21世纪初开始兴起并逐渐发展起来。在北美地区，多层冷弯薄壁型钢结构房屋据不完全统计已建成约300万平米，主要用于4～6层的学校、假日旅馆、老年公寓和住宅等房屋建筑[童悦仲，娄乃琳.美国的多层轻钢结构住宅[J].住宅科技，2004(11):32
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34]。国内外一些学者在传统冷弯薄壁结构的基础上进行了体系创新，其中Sharafi等[Mina M,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体，包括新型钢框架单元(1)和拓扑优化冷成型钢墙体单元(2)。新型钢框架单元(1)与拓扑优化冷成型钢墙体单元(2)共同承担结构体系的竖向荷载与水平荷载。2.根据权利要求1所述的适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体，其特征在于，所述拓扑优化冷成型钢墙体单元(2)由覆面板材(9)与拓扑优化骨架单元(3)通过自攻螺钉相连接；拓扑优化骨架单元(3)由拓扑优化龙骨柱(4)、刚性支撑(5)和导轨(7)通过自攻螺钉相连接。其布置方式采用拓扑优化：基于OPENSEES软件，采用类桁架材料模型的结构拓扑优化方法研究钢性支撑的设计与布置。既有的拓扑优化龙骨柱(4)以及卷边槽钢梁(8)构成了结构优化的初始设计域；在地震荷载作用下，以应力约束体积最小问题为研究目标：find α
j
,t
bj
＞t b＝1,2s.t. σ
bj
≤σ
p
n表示总结点数目，V
e
是每个单元的类桁架材料体积。为了使体积最小，通过满应力方法让每一点类桁架材料的应力达到容许应力。且在每次迭代之后，类桁架杆件沿着相应的主应力方向布置，其中i记录迭代次数，σ
y
为材料容许应力。为了避免刚度矩阵奇异，在迭代过程不得为0，最小值为限值t。杆件密度变化作为迭代过程的收敛准则，当达到上述收敛条件时，可以得到最优化的类桁架材料分布。3.根据权利要求1所述的适用于多高层的钢框架加强的拓扑优化冷成型钢墙体，其特征在于，拓扑优化冷成型钢墙体单元(2)中拓扑优化龙骨柱(4)采用的Π型横截面，并采用直接强度法和遗传算法对截面参数进行优化，使拓扑优化龙骨柱(4)可以在新型钢框架单元(1)的约束下，在腹板厚度较小的情况下具有最大的竖向承载力；优化过程首先采用软件CUFSM，根据有限样条法计算构件的全截面屈曲荷载P
y
、整体屈曲荷载P
cre
、局部屈曲荷载P
crl
、以及畸变屈曲荷载P
crd
；其次采用直接强度法分别计算构件多种模态...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯若强，刘深，
申请(专利权)人：南京东亦南工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：