风荷载作用下轻质木框架剪力墙扭转探究.pdf

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1、木结构专题WOODENSTRUCTUREOFTHETOPIC风荷载作用下轻质木框架剪力墙扭转探究12张苏俊谢瑞峰（1.南京林业大学木材工业学院，江苏南京210037；2.扬州工业职业技术学院，江苏扬州225127）摘要：轻质木框架房屋剪力墙体主要抵抗由于地震或风荷载作用下产生的侧向荷载。当该类房屋结构中所有木质剪力墙所组成的重心与房屋平面形心不重合时，风荷载会使房屋扭转而产生扭矩。本文利用ANSYS软件对风荷载作用下轻质木框架房屋进行有限元模拟，通过模拟结果验证房屋存在受扭现象且各剪力墙中存在扭矩作用下的附加水平力，得出剪力墙体扭转应力分布状况，给轻质木框架房屋设计提供一

2、定的参考。关键词：风荷载；轻质木框架剪力墙；有限元模型；内力对比；变形对比中图分类号：TU398文献标志码：A文章编号：1674—3024（2013）06—121—03拟分析。为了验证风荷载作用下偏心轻质木框架结构中前言存在扭矩及附加水平力，本文按照有偏心和无偏心两种轻质木框架结构由于具有资源再生、绿色环保、建造情况分别建立模型。两种有限元模型的剪力墙体分布如方便、抗震及耐久性能好等众多优点，在北美、欧洲和我图1所示。国沿海等地区大量应用于住宅建筑和公用建筑中。轻质木框架结构的抗侧力体系中主要由楼盖和剪力墙组成。侧向荷载通过屋盖传递给剪力墙，进而传递到基础。剪力墙是轻型木

3、框架房屋抵抗侧向荷载的重要构件，其主要作用是抵抗由于地震或风荷载作用下产生的侧向荷载。研究表明，如果结构中所有木质剪力墙形成的结构重心与建筑物平面形心不重合（偏心轻质木框架），水平风荷载会使建筑物扭转而产生扭矩，同时扭矩使得各剪力墙体产生了附加水a）无偏心模型墙体分布图b）有偏心模型墙体分布图平力和附加扭转应力。由于试验设备、经费等方面原因，图1两种模型墙体布置平面图要精确地研究轻质木框架结构扭转比较困难。利用有限元1.1单元选择模拟分析可以节约时间和成本，是一种有效的方法。本文剪力墙由骨架、面板、骨架和面板之间的钉连接以及利用有限元软件ANSYS对风荷载作用下有偏心和无

4、偏心抗倾覆装置组成。基于剪力墙体的非线性来源于钉连接的的轻质木框架结构墙体进行数值模拟分析，通过模拟计算假设，在单元类型的选择时采用线性单元来模拟剪力墙体结果对比验证了剪力墙上存在扭矩及附加水平力，得出剪和屋面板。SOULID92单元由十个节点定义，每个节点有力墙体扭转应力分布状况，为今后轻质木框架房屋设计提三个自由度，并且单元有可塑性、蠕动、膨胀、应力钢化、供一定的参考。大变形能力，所以模型中屋面板和墙体采用STRUCTURESOULIDTET10node92单元。1有限元模型建立1.2材料的选择目前，大型的有限元软件有ABAQUS、ANSYS、剪力墙墙骨和顶梁板通常采

5、用2X4规格材，实际截SAP等，这些有限元软件不但包含多种条件下强大的有面尺寸是38mm×89mm。面板采用结构用板材，建模中限元分析功能，而且带有基于结果的图像化后处理功能。墙体的材料采用SPF，木材等级为Vc。SPF相关力学性能本文采用ANSYS软件对风荷载作用下的剪力墙体进行模参数如表1所示。2013年第6期建筑建材装饰121木结构专题WOODENSTRUCTUREOFTHETOPIC表1SPF材料参数5#、6#两墙体是内部墙体，两面墙体上节点剪应力曲线EX（MPa）EY（MPa）EZ（MPa）PRXYPRYZPRXZGXY（MPa）GYZ（MPa）GXZ（MPa）

6、形状相似，且都是在洞口附近τyx最小。5#墙体直接与1#1250122006100.20.490.43920736219注：表中Ei-i方向弹性模量，MPa，i=x，y，z；PRij-墙体相接，墙体上节点τyx比6#墙体上的节点应力值大。垂直i轴面上j方向泊松系数；Gij-垂直i轴面上j方向剪5#、6#墙体是内部墙体分担屋面板的面积较大，因而两切模量，GPa。面墙体上节点τyx相对于2#、4#墙体要大很多。垂直于风1.3模型有限元划分和加载向的四面墙体中只有风荷载直接作用墙体上τyx较大，其他剪力墙的有限元长度划分主要根据钉连接间距确定，三面墙体上τyx相对于a图中τyx

7、非常小，可忽略不计。7#、该模型中墙体的有限元划分长度基本为100mm。研究表8#墙体也是内部墙体，这两墙体与平行风向墙体连接部明，当风向垂直于墙体时对轻质木框架结构房屋扭转最为位τyx比较大（如b图中7#墙体z=10m处τyx），另外垂直不利。本模型在加载时采取最不利的情况，在剪力墙体上于风向的墙体上节点τyz为0。施加随机分布荷载。加载后两种情况下有限元2.1.2有偏心模型中界面上节点的内力情况模型如图2、图3所示。有偏心模型墙体中节点的应力分布如图5所示。a.平行风向墙体节点应力b.垂直风向墙体节点应力图5偏心情况下节点