多层框架结构轻钢住宅应力蒙皮效应有限元分析

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1、多层框架结构轻钢住宅应力蒙皮效应有限元分析-->1绪论1.1引言随着我国城镇经济的快速发展，国家的住宅产业化政策的不断推行，传统的住宅建筑体系和模式已不能满足人们的需求。一方面，我国住宅的建设大部分还是使用现场工地施工的方式，施工条件差，工期长，项目流动性大，导致生产效率很低。而且，施工场地多处于人口居住的城镇区，现场施工还大多采用湿作业的方式，严重污染环境和扰乱居民正常生活。另一方面，传统的住宅产业是高能耗的产业，每年都要消耗大量的水泥、钢材和施工用水。因此，在住宅产业化的背景下，研究和推广低能耗、低污染、施工便利、造价合理的新型建筑体系，具有十分重要的意义。近年来，随着钢材产量的不断增加，

2、钢结构在建筑工程中的应用日益广泛，其中，轻型钢结构体系作为钢结构的一种，因其自重轻，强度高，施工周期短，工业化程度高等优点，逐渐受到人们的青睐。轻钢结构⑴一般是指承受的外加荷载较小，使用的构件截面的尺寸较小，自重较轻的轻型全装配钢结构。它是一种新型的建筑结构体系，能满足建筑物的特定使用功能和特定空间要求，以经济型材及其组合构件，比如冷弯薄壁型钢、薄壁钢管、轻型煙接型钢或得接H型钢等，作为结构的承重体系，屋面板和外墙等围护结构多采用彩色涂层板等轻质材料，这些轻质材料具有重量轻、保温隔热性能较好、防水防火等优点。在国外，使用压型钢板作为围护结构的轻钢结构广泛应用于工业和民用建筑中，随着我国钢结构和

3、相关产业的发展，比如钢结构加工制造厂、与钢结构配套使用的高强度螺栓和连接件、各种保温隔热材料等，轻钢结构在国内的工程应用也会日益广泛。尤其是轻钢结构住宅作为住宅产业化的核心技术之一，值得大力推广和应用。……….1.2轻型钢结构的发展20世纪初，轻型钢结构建筑体系幵始出现13]，因其有建设周期短，施工速度快等优点，在军事设施建设方面应用较多，许多仓库、兵营都是用轻钢结构来建造。到40年代初期，轻钢结构开始应用于门式钢架结构，这种结构用来建造工业厂房非常适合。到50年代初期，人们开始尝试使用轻型钢材来建造住宅，一般只用于建设单层或底层住宅；到20世纪60年代[4]，压型钢板出现并广泛应用，由彩色压

4、型钢板组成的轻质围护结构开始应用于轻型钢结构体系中，用于建造工业厂房、仓库和住宅。近些年来，随着钢铁产量的增长和建筑技术的不断完善，许多发达国家建造了许多低层的轻钢结构别墅，这些住宅主要以1-3层为主。随着人口的不断增加和建筑用地的匮乏，美国、日本和欧洲一些国家开始着手研究和开发多层轻型钢结构住宅。轻钢结构在美国的发展是最迅速的，从1960年到1990年，轻钢结构体系占全国的建筑市场份额由15%升到53%，而到2000年左右，这个数字达到75%[5]。1990年，美国开始研发多层轻钢结构住宅体系，至今总建筑面积超过30万平方米，取得许多成熟的经验技术，供其他国家参考学习。美国有许多先进的专门研

5、究轻钢结构体系的大型建筑钢构公司[6],其中Butler公司(ButlerManufacturingpany)和ABC公司(AmericanBuildingpany)的工作最为突出，它们拥有经营、设计、运输和科研等有一整套的轻钢结构运作体系，只需要两个月的时间就能完成建筑面积为10000m2的单层工业厂房从设计到钢结构制作和整体安配的一系列工序。Butler公司在门式刚架作为基本结构体系的基础上，发展了Landmark系统、大跨度系统、多层建筑系统、三角托梁系统、特殊型建筑系统等结构体系。ABC公司除了生产钢构件产品外，还主要生产各种用于轻钢住宅的覆盖板材，如隐藏式金属压型板等这些公司还生产各

6、种精良的用于墙面和屋面的压型钢板，可广泛应用于各种轻钢结构体系中。………..2蒙皮结构的组成和工作原理2.1蒙皮结构的组成蒙皮结构是由蒙皮板(多为压型钢板构成)、框架结构(一般使用H型钢、冷弯薄壁型钢)和连接件（自攻螺钉、拉铆钉等)等构件组成的[38]。单个蒙皮单元结构如图1所示[19]。近年来彩色压型钢板在国内建筑中得到广泛使用。它是以镀锌钢板为母板经压制冷弯成型，然后在上面涂抹彩色防腐涂层而制成的，可以做为屋面和墙面等的围护结构材料[39]。彩色压型钢板有重量轻、强度高、耐腐烛、施工方便等优点，在《建筑用压型钢板》[4g](GB/T12755-91)中有明确的使用标准。常见的蒙皮板截面[4

7、1]包括开口波形、开口梯形和闭口等不同的截面形式。国产压型钢板[42]分三种大类型，为低波板、中波板和高波板，《建筑用压型钢板》（GB/T12755-91)中规定了详细的板型及断面形式。图2和图3分别为彩色涂层钢板构造图和蒙皮板截面形式。……..2.2蒙皮效应产生的条件和作用原理2.2.1蒙皮效应产生的条件蒙皮效应产生的条件为：(1)需要使用足够多的连接件，从而才能把压型钢板上产生的剪力传递给檩条