冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力计算方法研究

摘要

近年来,低、多层冷弯薄壁型钢结构住宅作为一种新型的住宅结构体系在我国开始发展。由冷弯薄壁型钢骨架、外墙板和内墙板通过自攻螺钉连接而成的冷弯型钢组合墙体是低、多层冷弯薄壁型钢结构住宅的主要承重构件,其抗剪性能的研究对制定相关规范和加速低、多层冷弯薄壁型钢结构住宅体系在我国的推广应用很有意义。本文在阅读大量有关文献的基础上,对低、多层冷弯薄壁型钢结构住宅体系中组合墙体的抗剪承载力简化计算方法进行了研究。冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能受众多因素影响,使其理论计算就十分的困难,国、内外主要依靠试验的手段对其进行研究,既不经济也不利于设计应用和规范的制定。针对目前的研究现状,本文通过理论公式推导和有限元数值分析对组合墙体抗剪性能的影响因素、抗剪承载力计算、抗剪承载力设计值确定、抗侧移刚度计算以及组合墙体变形分析等问题进行了分析研究。通过对冷弯薄壁型钢组合墙体抵抗水平剪力的受力机理进行了分析研究,分别采用整体分析方法和剪力流简化分析方法对组合墙体进行了受力分析,提出了冷弯型钢组合墙体抗剪承载力计算公式,将计算结果与试验结果进行了对比分析。计算结果可用于实际工程设计参考。把冷弯薄壁型钢组合墙体中的墙面板简化为轴向拉杆对冷弯薄壁型钢结构住宅体系的组合墙体进行侧移简化计算。本文借鉴有关木结构组合墙体水平抗剪侧移的有关方法,推导了组合墙体等代的轴向拉压斜杆的等效刚度,进而计算组合墙体在水平荷载作用下的侧向位移。将公式计算结果与有限元分析结果进行对比分析,两者吻合的比较好。本文针对冷弯薄壁型钢住宅的特点,通过分析概念设计、结构体系选型与结构布置,对轻钢骨架住宅的设计原理、设计方法进行了介绍,并总结了我国轻钢骨架住宅发展所面临的问题,分析了它的发展前景。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 前言

1.2 冷弯薄壁型钢结构体系在国外的发展和研究

1.3 冷弯薄壁型钢结构体系在国内的发展和研究

1.4 本文研究的结构体系

1.5 本文研究的主要内容

2 冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪承载力简化计算方法

2.1 前言

2.2 组合墙体受力特征分析

2.3 组合墙体抗剪强度分析及计算公式推导

2.3.1 采用整体法分析推导组合墙体抗剪承载力计算公式

2.3.2 采用剪力流简化分析方法推导组合墙体抗剪承载力计算公式

2.4 公式计算结果与试验结果对比分析

2.4.1 整体法公式计算结果与试验结果对比分析

2.4.2 剪力流简化分析方法计算结果与试验结果对比分析

2.4.3 整体分析方法与剪力流简化分析方法对比分析

2.5 本章小结

3 组合墙体有限元分析及抗剪承载力计算公式修正

3.1 前言

3.2 单元分析原理

3.2.1 壳单元内力和应力

3.2.2 局部坐标系下壳单元的刚度矩阵

3.2.3 整体坐标系下壳单元的刚度矩阵

3.2.4 冷弯薄壁型钢组合墙体的总体刚度矩阵

3.3 试件的材料特性

3.4 有限元模型的建立

3.4.1 单元网格划分

3.4.2 边界条件的确定

3.5 组合墙体抗剪承载力分析

3.6 墙体宽度对组合墙体抗剪强度影响

3.7 本章小结

4 冷弯薄壁型钢组合墙体抗侧刚度简化计算

4.1 前言

4.2 组合墙体的变形分析

4.3 组合墙体抗剪刚度计算公式的推导

4.4 组合墙体墙面板等效拉压斜杆刚度计算推导

4.5 有限元分析程序验证

4.6 单面石膏板公式计算结果与有限元分析结果对比分析

4.7 单面OSB板公式计算结果与有限元分析结果对比分析

4.8 双面板公式计算结果与有限元分析结果对比分析

4.9 本章小结

5 冷弯薄壁型钢组合结构的设计分析

5.1 前言

5.2 冷弯薄壁型钢房屋受力特征分析

5.3 冷弯薄壁型钢房屋设计过程分析

5.3.1 概念设计

5.3.2 设计原则

5.3.3 设计方法

5.4 工程设计实例分析

5.5 冷弯薄壁型钢结构在我国推广所面临的问题

5.6 冷弯薄壁型钢结构的发展前景

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.1.1 组合墙体抗剪承载力计算

6.1.2 组合墙体抗侧刚度简化计算

6.1.3 冷弯薄壁型钢组合结构设计分析

6.2 后续研究展望

致谢

参考文献

附录