钢结构住宅建筑结构节能设计研究

摘要

钢结构住宅被公认为绿色环保、适应住宅产业发展的结构体系。但是由于钢材本身热导率高于混凝土三十倍以上，钢结构住宅面临的保温节能问题更加严峻。本文主要利用Ansys有限元软件，针对夏热冬冷地区钢结构住宅梁柱热桥节能问题和钢框架—轻质砌体温度应力问题进行了分析。通过数值计算总结规律，为设计提供参考。
　　 首先本文建立稳态传热模型，分析了自保温体系钢结构住宅中梁柱热桥的热工性能，总结了常见钢柱形式和常见保温形式的节能特点。通过计算给出了为满足冬季室内不结露标准，各类型钢柱所需的最小保温构造。
　　 在分析钢柱节能构造的基础上，针对钢柱+钢挑梁结构进行了节能分析。指出挑梁在适于阳台、雨篷构造的同时，也带来局部能耗“黑洞”的问题。为消除挑梁带来的能耗影响，本文提出一种新型局部外包保温层的构造，并讨论了构造的经验公式．
　　 文章总结了既有围护结构节能构造形式，提出了自主节能和复合节能构造的概念。提出了两种新型自主节能H型钢柱体形式，通过与普通H型钢、普通蜂窝柱的对比，指出了新型柱体热工和力学性能优秀，有推广应用的潜力。
　　 最后本文分析了钢框架—轻质砌体围护结构在不同温度荷载下的温度应力问题。总结了温度应力的分布规律，指出温度作用下，钢框架相对混凝土框架更易导致砌体开裂。最后对常见裂缝控制的构造方式进行了分析。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

第1章 绪论

1.1钢结构住宅发展概述

1.1.1钢结构住宅概况

1.1.2常见的钢结构住宅体系

1.1.3钢结构住宅围护体系

1.1.4钢结构住宅面临的问题及发展

1.2建筑节能概述

1.2.1我国建筑节能现状

1.2.2节能建筑材料

1.2.3外墙保温技术

1.2.4钢结构住宅节能设计

1.3本文所做的主要工作

第2章 传热分析及温度应力分析

2.1传热分析基础

2.1.1传热分析理论

2.1.2边界条件和初始条件

2.1.3稳态传热的数值求解方法

2.1.4无内热源稳态传热有限单元法

2.2温度应力分析

2.2.1温度应力的产生

2.2.2框架-砌体有限元模型

2.2.3温度应力有限元软件分析方法

2.3夏热冬冷地区计算环境

2.3.1计算环境的选取

2.3.2冬季室内外温度

2.3.3冬季室内露点温度

2.4 Ansys有限元软件的计算精度验证

2.4.1一维温度应力分析与理论计算对比

2.4.2二维平壁传热分析与理论计算对比

2.4.3二维传热分析与文献实验结果对比

2.5本章小结

第3章 钢结构住宅梁柱热桥分析

3.1钢结构住宅梁柱热桥构造

3.2钢结构柱体热桥分析及对比

3.2.1计算模型的建立

3.2.2各种柱体形式节能对比

3.2.3各种保温形式节能对比

3.3夏热冬冷地区钢柱节能设计

3.3.1 H型钢柱外保温设计

3.3.2方钢管混凝土柱节能设计

3.4本章小结

第4章 钢结构住宅阳台挑梁节能设计

4.1现阶段钢结构住宅阳台构造设计

4.2挑梁的存在对柱体节能的影响

4.3钢柱-挑梁热桥节能设计

4.3.1节能设计模型

4.3.2影响节能设计的因素

4.3.3经验公式的拟合

4.4本章小结

第5章 自主节能H型钢柱设计探讨

5.1自主节能与复合节能技术

5.1.1自主节能与复合节能

5.1.2自主节能的实现形式

5.1.3蜂窝构件研究概述

5.2两种节能蜂窝柱热工性能分析

5.2.1传统单排孔蜂窝柱节能分析

5.2.2新型双排孔蜂窝柱节能分析

5.3两种节能蜂窝柱力学性能分析

5.3.1理想轴压杆稳定计算理论

5.3.2轴心受压蜂窝柱绕弱轴失稳的整体稳定性

5.3.3轴心受压蜂窝柱绕强轴失稳的整体稳定性

5.3.4两种蜂窝柱的扩张比的选择

5.4接缝断热H型钢柱性能分析

5.5本章小结

第6章 钢框架-轻质砌体外墙温度应力分析

6.1钢结构住宅外围护体系

6.2加气混凝土砌块填充墙裂缝的研究

6.2.1研究现状

6.2.2研究方法

6.2计算模型

6.2.1基本假定

6.2.2计算参数

6.2.3计算模型

6.3墙体温度应力的分布

6.3.1均匀温度场下温度应力的平面分布

6.3.2均匀温度场下温度应力沿厚度方向分布

6.3.3不均匀温度场下温度应力的分布

6.4温度应力与框架尺寸关系

6.4.1温度应力与框架高宽关系

6.4.2温度应力与框墙相对厚度关系

6.5墙体开裂的处理方式

6.5.1采用弹性接缝材料

6.5.2设置构造柱

6.5.3分离式构造

6.6本章小结

第7章 结论与展望

7.1主要结论与创新点

7.2研究展望

参考文献