柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验分析

柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验分析

邵磊

（青岛天泰房地产开发股份有限公司 山东 青岛 266000）

摘要：随着我国建筑行业不断发展，当前房屋建筑的数量越来越多，对其抗震性能的要求也变得更加严格。不同的建筑结构所呈现出来的抗震性能与其材料有着非常密切的联系，本文研究出一种新的建筑抗震性较好的承重式结构。但是在实际建筑过程中并未得到相应的抗震性能研究。基于此，本文将从新型柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验进行分析，探讨该结构的实际抗震性能以及承载性能，帮助较好的解决传统钢结构应用过程中存在的不足，增加节点之间的有效连接，使其能够体现出荷载性能好，承载性能优良的特点。

关键词：柱承重式钢结构；模块建筑；抗震性能；试验分析

随着我国智能建筑领域的不断发展，为我国城市化建设进程的发展提供了有效的支撑。其中，模块建筑作为一种新型的建筑方式，在全球模块化建筑市场占据较大的比重。模块建筑主要是以三维空间的集成模块为基本单位，运输至现场后直接拼成而成的一种新型建筑形式。模块建筑作为建筑行业的一种新型建筑方法，主要是通过在流水线上进行集中生产，减少了建筑施工所需的人力和时间，确保工作地点安全有利。同时，对于周边环境产生的污染较少，能够解决传统建筑过程中存在的劳动力密集、生产成本大等问题。对于提升建筑企业的生产力有着非常重要的帮助作用。按照模块建筑内传力路径的不同主要分为墙承重式和柱承重式结构体系。这两种不同的承重方式能够直接通过结构之间的单元节点进行有效的结合，使其体现出较好的承载性能和负荷性能^[1]。施工人员在对这些不同的节点进行连接的过程中，能够较好的完成模块之间的拼接密集度，满足建筑的现代化作业要求。同时，其操作简单，施工便捷等优势已经成为当前很多发达国家主要选择的一种承载结构。本文将从柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验进行分析，探讨其实际使用性能，帮助我国智能建筑的发展提供一定的策略。

一、柱承重式钢结构模块建筑抗震性能的试件设计

1.1 单元间连接节点

本设计中单元间连接节点主要包含上、下角件和连接件，其中连接件包括连接板、上旋转件、下旋转件和螺母。将这些不同的原件连接节点进行有效结合，能够使得整个角件变得更加紧密。

1.2 双层模块框架构造

本设计主要是通过双层足尺模块平面的结构将不同的模块之间的节点进行有效地连接。上下模块之间的尺寸能够较好地改善原有角件中存在的不足，通过加强短柱替代的形式在其内部形成一个较为强有力的结构。后续焊接时直接采取全熔透对接焊缝，提升其稳固性能。

二、材料性能试验

2.1 材料性能试验

模块建筑在实际使用之前需要对其进行相应的实验分析，确保所有的材料能够同时满足不同的性能要求之后再进行后续的使用。本设计中材料性能试验主要是通过对同一个部件的材料进行加工，取其平均值计算出所有部件的相应参数。

2.2 加载装置

材料性能测试结束之后进行后续的加载装置，将上下模块之间的长度进行固定，对其承载能力进行测试。具体可以通过使用千斤顶的形式在其上部放置一个滑动轴，使其能够自由滑动，且固定在恒定的抽压力之间。将不同长度的方钢管放置在试件两端，测试反向力是否能够达标。

2.3 加载制度及量测方案

按照测试方案的不同，将加载制度及量测分为两个不同的阶段：预加载和正式加载。预加载阶段的量测主要是针对轴压力施加设计轴压力的 50%进行量测；正式加载测量方式的选择需要针对位移控制的加载制度进行量测和位移，从而确保两种不同的加载方式的选择能够同时满足荷载力的基本要求^[2]。

三、试验结果分析

3.1 滞回曲线和骨架曲线

柱承重式钢结构最终的实验结果显示，通过对不同区域的荷载力量进行测试，荷载位移曲线图的结果较为清晰，循环加载前期滞回环较为饱满，由于地板梁右侧焊缝质量原因发生撕裂后，出现承载力骤降和一定程度的捏拢现象。但在初始阶段的焊接工作完成的整体较好，整体性能的影响并不大。后续内部结构可能出现破坏的现象，但在短时间之内出现撕裂的情况较小，后续还能继续承担较好地抗震性能和承载能力。

3.2 延性分析

本设计研究主要使用的是以上下两个不同的模块进行组合的一个整体模块建筑为主，模块结构的层间侧移定义为上层模块单元天花板梁水平位移减去下层模块单元相应的水平侧移。最终延性分析的结果显示，两个不同的结构之间呈现出来的整体破坏情况并不明显。位移发生的主要部分集中在下层模架框架内，上层模架框架并未发生明显的破坏或者是撕裂现象。由此可以看出，上层模架框架相比较下层模架框架的整体抗震性能更好，且承载能力也能达到一定的标准。

3.3 变形模式

上层和下层两个框架内的框架在实际变化的过程中主要是呈现出对称变化和同步性变化的特点，说明上下模块框架在该单元间连接节点的连接下协调变形，协同工作。然后随着位移的增加，下层模块框架柱的侧移逐渐大于上层模块框架柱，主要是由于下层模块框架地板梁发生破坏后导致柱端约束减小，进而发生较大的侧移

^[3]。

3.4 应变分析

按照《钢结构模块建筑技术规程》 (T/CECS 507—2018)中的相关规定显示，下层模块框架发生位移的主要原因是其内部的构造出现一定的变化所导致，不同应力之间所呈现出来的作用力点有一定的差距，左右柱端应变差异变大，框架右柱底部应变大都会导致最终的承载能力受到相应的影响。因此，在实际设计时可以从以上两个点进行分析，从而设计出承载能力较好的结构。

结语：本文通过分析角件旋转式模块单元间连接节点，结合上层和下层模块进行试验。最终的结果表明，柱承重式钢结构模块建筑抗震性能较好，且下层的结构抗震性能优于上层模块。后续实施可以结合这一特点进行有效地分析，综合设计。

参考文献

[1]刘洋,陈志华,刘佳迪,钟旭.柱承重式钢结构模块建筑抗震性能试验研究[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2021,54(02):122-132.

[2]陈志华,刘洋,钟旭,刘佳迪,丛子怡,周子栋.模块连接节点分析设计及其剪切性能试验研究[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2019,52(S2):9-15.

[3]邓恩峰,宗亮,丁阳.钢结构集成模块建筑新型节点力学性能研究[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2018,51(07):702-710.