装配式轻型钢结构民居建筑体系的研究与开发

摘要

轻型钢结构建筑具有独特的优点（舒适、环保、节能、高效、产业化）和良好的综合效益，不仅为我国住宅建筑的发展提供了一种新的结构体系，并且改变了传统的住宅建筑修建模式。综合国内外装配式建筑的研究成果，本课题组提出了一种新型装配式轻型钢结构民居建筑体系，该体系具有空间划分灵活、室内空间净高大、抗震性能强、综合造价低、适于吊装、工业化程度高等特点。通过理论分析以及有限元分析软件模拟，对新型建筑体系的主要构成部件以及整体结构体系的静力性能和动力性能进行了研究。　　本研究主要内容包括：⑴概述了装配式建筑的发展历程。阐述了目前装配式体系的发展现状；国内外对于轻型钢结构的静力特性和设计理论的研究进展，提出了本文研究的价值所在。⑵论述了新型装配式轻型钢结构民居建筑体系及其主要部件的构成特点。介绍了新型结构体系的组成，重点介绍了新型结构体系的主要构成部件，即冷弯薄壁型钢梁—轻骨料（主要为陶粒）混凝土组合楼（屋）盖、冷弯薄壁型钢梁—轻骨料（主要为陶粒）混凝土组合墙体的构造组成。⑶建立了冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼（屋）盖的有限元分析模型。针对组合楼盖的静力计算模型，分别研究了单跨组合楼盖的受力机理及破坏特征、不同工况下多跨组合楼盖在静载作用下的变形特征及影响因素、单（多）跨悬挑式组合楼盖在静载作用下的变形特征及影响因素。结果表明：在使用阶段，冷弯薄壁型钢梁-轻骨料混凝土组合楼盖整体性较好，承载能力高、整体挠度小，采用陶粒混凝土不单降低了此组合楼盖的自重，而且有效的阻止了冷弯薄壁型钢梁的屈曲，保证了构件的稳定。组合楼盖的楼盖梁的截面高度、悬挑长度、跨度，楼盖四周的约束条件等因素对组合楼盖的静力性能影响较大。⑷针对组合楼盖的动力计算模型，分别研究了单（多）跨组合楼盖的自振频率、振型及基频等动力特性、单（多）跨悬挑式组合楼盖的自振频率、振型及基频等动力特性，并比较了单跨（悬挑）组合楼盖与多跨（悬挑）组合楼盖动力特性的异同。分析结果表明：组合楼盖的低阶振动均表现为竖向振动，其竖向自振频率满足现行规范规程中的相关规定。组合楼盖端部有悬挑时，其振动形式有明显的不同。⑸针对一在建的Mini小别墅，建立其有限元分析模型，研究其抗震性能。结果表明：新型体系的固有频率较为集中，表现出其动力特性的复杂性。同时，因为此结构体系的频谱较为密集，各个振型之间势必会有耦合作用，频谱的截断性亦需加以讨论。此结构体系不仅适用于低烈度区，在高烈度区同样适用。

目录

第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2装配式建筑国内外发展概述

1.3本课题研究内容和研究意义

第二章 新型装配式轻型钢结构民居建筑体系研究

2.1概述

2.2新型装配式轻型钢结构民居建筑体系简述

2.3研发历程及前景展望

2.4本章小结

第三章 冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖静力性能研究

3.1概述

3.2矩形板的解法

3.3单跨冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的静力性能分析

3.4单跨悬挑冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的静力性能分

3.5多跨冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的静力性能分析

3.6多跨悬挑冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的静力性能分

3.7本章小结

第四章 冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖动力特性研究

4.1概述

4.2楼板体系的分析模型

4.3结构动力特性分析的常用方法

4.4单跨冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的动力特性分析

4.5多跨冷弯薄壁型钢梁—轻骨料混凝土组合楼盖的动力特性分析

4.6本章小结

第五章 新型装配式轻型钢结构民居建筑体系动力性能分析

5.1概述

5.2结构地震反应分析方法

5.3工程概况

5.4 Mini小别墅有限元数值分析模型

5.5新型装配式轻型钢结构民居建筑体系的模态分析

5.6新型装配式轻型钢结构民居建筑体系的反应谱分析

5.7本章小结

第六章 结论及展望

6.1主要完成的工作

6.2有待深入的工作

参考文献

致谢

附录一：攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

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