浅谈轻钢建筑围护体系蒙皮效应的试验及理论研究

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1、叁慧}}{】请司济大学T学博士学竹论文轻钢建筑围护体系蒙皮效应的试验及理论研究培养单位：土木工程学院一级学科：土木工程二级学科．结构工程研究生．郑瑾、_一．、、学导教师：张其杂嵌挺摘要轻钢建筑中围护体系的蒙皮效应定义为当建筑物表面覆盖材料(屋面板和墙面板)与框架构件具有可靠连接时，围护体系具有不可忽略的平面内抗剪刚度及抗剪强度。围护体系与框架体系共同协调作用承担荷载，可有效加强结构整体刚度。设计中考虑围护体系蒙皮效应不仅可减少结构支撑布置、减轻结构自重、降低结构造价，更为重要的是使结构设计与结构真实受力状态相符以保证结构使用安全，因此本文开展的轻钢建筑围

2、护体系蒙皮效应的研究具有十分重要的理论及工程应用价值。本文对轻钢建筑围护体系蒙皮效应的研究中，分别应用试验方法、有限元分析方法及经典解析理论方法对闭口蒙皮体、开口蒙皮体及整体轻钢结构的抗剪性能及受力状态进行了研究。本文在课题组成员已完成的闭口蒙皮试验研究基础上，提出了闭口蒙皮体抗剪性能的有限元分析方法。分析中将各向异性的压型钢板等效为正交各向异性平板。比较有限元分析与试验结果，两者相当一致，验证了提出的闭口蒙皮体抗剪性能的有限元分析方法的有效性及分析中当满足板檩连接件每波设置时，将板简化为正交各向异性平板假设的正确性。此种分析方法较之常规按实际板型建模计

3、算，不仅模型简单、单元数量少，计算速度侠，同时该方法适合分析不同板型所组成的蒙皮体抗剪性能。在此基础上对影响抗剪性能较为明显的六个参数进行了参数分析，参数分析结果定量给出了各参数变化对闭口蒙皮抗剪性能的影响，为后续闭口蒙皮体抗剪性能设计公式的分析推导提供了参考。在实际轻钢结构中围护体系(屋蘧板、墙面板)中不可避免会出现天窗、窗户等，这些开口的存在对蒙皮性能的影响也即开口蒙皮体抗剪性能闯题。考虑到国内外对于开口蒙皮体抗剪性能所进行的研究甚少，特别是在我国，故文中进行了开口蒙皮体抗剪性能的试验研究，试件包括六个足尺开口蒙皮体及一个未铺板裸框架试件。试验得到开

4、口蒙皮体各试件抗剪性能及其在剪力作用下出现的各破坏现象。进而根据闭口及开口蒙皮体试验结果比较了开口存在对蒙皮体抗剪性能的影响，结果表明在开口蒙皮体满足一定构造要求时，开口存在对抗剪强度影响很小，但对抗剪刚度却有较大削弱。试验结果将成为我国蒙皮规范中开口蒙皮体抗剪性能设计公式及相关部分内容编写的重要依据。摘要在开口蒙皮体抗剪性能试验研究的基础上，文中提出了开口蒙皮抗剪性能的有限元分析方法。比较有限元分析与试验结果，两种方法所得结果相当吻合，验证了此方法的正确、有效性。应用有限元分析方法对影响开口蒙皮性能较为明显的六个参数进行了参数分析。分析结果定量给出了各

5、参数改变对开口蒙皮抗剪性能的影响，可作为后文进行开口蒙皮抗剪性能设计公式分析推导的依据。考虑到本文研究目的之一为为我国蒙皮规范的编写提供一些有价值的参考意见，因此文中分别以闭口蒙皮体及开口蒙皮体为研究对象，在一定简化假设基础上推导了蒙皮体抗剪强度及抗剪柔度的计算公式。通过比较计算与实验结果，对计算公式进行了修正，给出了我国工程上适用的蒙皮体抗剪性能设计公式。本文对考虑蒙皮效应时轻钢建筑整体受力状态进行了理论分析，当考虑蒙皮效应时围护体系与框架体系共同作用承担作用于结构上的荷载。分析中以我国工程中常见的轻型门式刚架为研究对象，分别对平屋面门式刚架及坡屋面门

6、式剐架中框架体系与围护体系的受力状态进行了分析，根据位移协调等条件得到了在侧向荷载作用下两者所承担荷载的计算公式。参考国外整体结构试验结果验证了该计算公式的正确性。综合参数分析所得结论并结合我国工程实际，文中给出了较实用的蒙皮抗剪性能设计公式，并对蒙皮结构设计、施工及使用阶段相关注意事项进行了说明，提出了具有重要参考价值的建议。关键词：围护体系，蒙皮效应，开口蒙皮体，试验研究，有限元分析nAbstractABSTRACTIfthereexistsareliableconnectionb吐wecnthecladdiIlgsystemandtheframec

7、omponentsofthelightgaugesteelbuilding，thein-planeshear-resistantstiffnessandshear-resistantstrengthprovidedbythecladdingsystemcannotbeneglected．Thisisreferredtoasthediaphragmeffect．neforce-bearingcapacityoftheentirestructureCallbcstrengthenedduetothecollaborativeworkingbetweenstr

8、ucturalfi'Rmesandpanelsofroofsandwall．Di