论文题目: 轻钢住宅结构体系的研究与应用
论文类型: 硕士论文
论文专业: 结构工程
作者: 陈庄
导师: 舒赣平
关键词: 体系,轻质剪力墙,龙骨,水泥纤维板,冷弯薄壁型钢,插销式节点
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着工程技术的发展和人们生活水平的提高,轻钢住宅逐步受到人们的喜欢和市场的重视。本文在吸收国内外已有轻钢住宅结构体系优点的基础上主要研究一种新型的轻钢住宅结构体系——由薄壁矩形管柱(Light gauge rectangular tube-like column)+薄壁H型钢梁(Light gauge H sections steel beam)+轻质剪力墙(Lightweight shear wall)组成的结构体系,简称3L体系。3L体系采用薄壁构件,结构柱采用薄壁矩形管柱,主梁采用薄壁H型钢梁,次梁采用卷边C型钢。这样在荷载较小的住宅结构中采用质量较轻、截面特性优异的薄壁构件,既能做到轻龙骨结构体系的构件标准化与施工装配化,又能充分利用矩形构件与H型构件受力性能好的的优点,做到大开间、大空间,满足建筑功能要求,并降低钢材用量,具有较高的经济性。本文通过一双拼别墅的算例,从3L体系的结构布置、受力传力特点、结构侧移以及用钢量指标方面系统介绍3L体系的特点。轻质剪力墙是3L体系中重要的抗侧力构件,它是由卷边C型钢龙骨外包水泥纤维板组合而成的。轻质剪力墙利用C型钢龙骨固定并约束水泥纤维板,减小水泥纤维板的有效宽厚比,提高水泥纤维板的平面内抗剪和抗压能力,使轻质剪力墙具有较大的平面内刚度。本文采用材料力学与结构力学的相关理论对轻质剪力墙进行抗侧刚度的理论分析,通过轻质剪力墙抗侧刚度试验对上述理论分析进行验证,以确定轻质剪力墙抗侧刚度的计算公式,提出其设计方法。并在上述研究的基础上尝试采用ANSYS有限元分析的方法确定计算公式中的系数。通过上述较为深入的研究,本文找出了轻质剪力墙特有的破坏方式和受力性能特点,给出了轻质剪力墙水泥纤维板上的应力分布情况,揭示了轻质剪力墙在水平力作用下的变形模式,推导出其水平刚度的计算公式,提出其设计方法。梁柱插销式节点是3L体系的配套技术,它是为了方便3L体系的施工而设计的。它既连接上下柱,又连接梁与柱。柱与节点的连接通过新开发的自紧螺栓进行,这种自紧螺栓可达到较高的刚接效果,使节点具有较好的受力性能。本文通过ANSYS有限元分析软件,对插销式节点的应力分布和对梁端约束的刚度进行有限元分析,给出的不同壁厚、不同孔径、不同构造下的六个插销式节点的应力分布情况,通过对比找出了影响插销式节点承载能力的几点重要因素。通过对节点的刚度分析,得出节点对梁端的约束刚度水平。提出了相应的设计建议和构造要求。本文的研究成果对推动国内轻钢住宅的发展具有较大的作用。3L体系结构性能优异、建筑性能优越、用钢量低、构件轻,可以做到构件标准化和施工装配化,进而做到体系的产业化,满足了轻钢住宅未来发展趋势,具有很好的推广价值与应用前景。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 概述
1.1.1 轻钢住宅的优点
1.1.2 发展轻钢住宅的基础
1.1.2.1 物质基础
1.1.2.2 技术基础
1.1.2.3 政策支持
1.2 国外轻钢住宅研究与应用现状
1.3 国内轻钢住宅研究与应用现状
1.4 现有轻钢住宅结构体系存在的问题
1.5 本文课题研究内容
参考文献
第二章 3L 结构体系的设计
2.1 3L 结构体系的由来
2.2 试算工程建筑功能
2.3 3L 结构体系的布置
2.4 3L 结构体系及其配套技术
2.4.1 3L 结构体系
2.4.2 墙体
2.4.2.1 外墙
2.4.2.2 内墙
2.4.3 梁柱插销式节点
2.5 经济性分析
2.6 小结
参考文献
第三章 轻质剪力墙抗侧刚度的理论分析
3.1 材料的基本假定与轻质剪力墙的研究方法
3.1.1 材料的基本假定
3.1.2 轻质剪力墙的研究方法
3.2 柱与板平面内的抗侧刚度计算
3.2.1 单个柱与板的抗侧刚度计算
3.2.1.1 悬臂柱的抗侧刚度计算
3.2.1.2 顶部有较大刚度约束的柱抗侧刚度计算
3.2.1.3 板平面内抗侧刚度计算
3.2.2 多层框架柱与剪力墙的抗侧刚度计算
3.2.2.1 多层框架柱的抗侧刚度计算
3.2.2.2 多层剪力墙的抗侧刚度计算
3.3 轻质剪力墙抗侧刚度的理论计算
3.3.1 轻质剪力墙计算模型
3.3.2 理论计算
3.3.2.1 假设龙骨与水泥纤维板变形为剪切型
3.3.2.2 假设龙骨与水泥纤维板变形为弯曲型
3.3.2.3 假设龙骨与水泥纤维板变形为剪切与弯曲组合型
3.4 小结
参考文献
第四章 轻质剪力墙抗侧刚度的试验研究
4.1 试验目的
4.2 试验概况
4.2.1 试验模型
4.2.2 模型测点布置
4.2.3 试验装置
4.3 加载制度
4.4 试验过程和试验数据
4.4.1 第一榀轻质剪力墙
4.4.2 第二榀轻质剪力墙
4.4.3 第三榀轻质剪力墙
4.4.4 第四榀轻质剪力墙
4.4.5 试验数据
4.5 试验结果及分析
4.5.1 试件破坏过程及破坏形态
4.5.2 水泥纤维板应力分布
4.5.2.1 水泥纤维板应力的变化
4.5.2.2 水泥纤维板应力的分布
4.5.3 滞回曲线与骨架曲线
4.5.3.1 第一榀轻质剪力墙
4.5.3.2 第二榀轻质剪力墙
4.5.3.3 第三榀轻质剪力墙
4.5.3.4 第四榀轻质剪力墙
4.5.3.5 总括分析
4.5.4 墙体侧移与刚度分析
4.6 试验结论
参考文献
第五章 轻质剪力墙抗侧刚度计算公式、有限元分析及设计方法
5.1 轻质剪力墙抗侧刚度的影响因素
5.2 轻质轻质剪力墙抗侧刚度的计算公式
5.3 轻质剪力墙抗侧刚度有限元分析
5.3.1 模型的建立与有限元的划分
5.3.2 边界条件与荷载
5.3.3 有限元计算结果
5.4 轻质剪力墙设计方法
5.5 小结
参考文献
第六章 插销式节点的有限元分析
6.1 概述
6.2 有限元分析
6.2.1 节点应力有限元分析
6.2.1.1 模型的建立与有限元的划分
6.2.1.2 边界条件与荷载
6.2.1.3 有限元分析结果
6.2.1.4 承载能力的影响因素
6.2.2 节点刚度有限元分析
6.2.2.1 模型的建立与有限元的划分
6.2.2.2 边界条件与荷载
6.2.2.3 有限元分析结果
6.3 设计与构造要求
6.4 小结
参考文献
第七章 结论
附录
附表Ⅰ—1 ⅠA 应变初始试验数据
附表Ⅰ—2 ⅠA 水平力与顶部侧移初始试验数据
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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