轻钢龙骨墙体经济性研究

采用黑龙江省相关定额作为计价依据,进行了轻钢龙骨复合墙体价格组成分析。为使轻钢龙骨复合墙体满足哈尔滨地区建筑外墙节能标准,依据保温性能相近原则,进行了轻钢龙骨墙体与8种常用墙体的造价、自重和占用空间对比分析。分析表明,轻钢龙骨复合墙体的价格在100～180元/m2之间,其中材料价格组成中岩棉所占比重最大,占总价格的40%～50%;龙骨腹板开孔后墙体材料价格升高0.4%～0.5%,加20mm厚苯板外保温后墙体材料价格升高13%～20%。对比分析表明,轻钢龙骨墙体具有保温性能优越、价格适中、墙体厚度小等特点,综合效益突出,具有在哈尔滨地区推广使用的前景。

轻钢龙骨复合墙体节能设计方法与研究进展

轻钢龙骨结构体系作为一种节能、环保、施工效率高的结构形式,近年来在住宅建筑中运用日益广泛。但由于钢材的高导热性,钢龙骨处极易形成热桥,导致墙体内表面温度低,容易结露。在严寒地区应用这种结构墙体,热桥现象更为突出,同时还会对人体造成较强的冷辐射,使人体感觉不舒适。因此,深入研究轻钢龙骨复合墙体的节能设计方法,对于在严寒地区推广应用这种结构体系具有重要意义。详细介绍轻钢龙骨复合墙体的两种常用节能设计方法(外保温法和轻钢龙骨腹板开孔法)和两类外墙传热性能的分析方法(数值方法和物理试验研究法),最后介绍轻钢龙骨复合墙体传热性能的研究进展。

开窗的保温龙骨墙体抗弯性能有限元分析

为推进腹板开孔的轻钢龙骨墙体这种新型绿色外围护构件在我国建筑工程中的应用,利用有限元软件ABAQUS对其抗弯性能进行分析,分析时考虑了窗洞口的影响。在验证了有限元分析方法可靠性的基础上,分析腹板开孔轻钢龙骨外围护墙体在风荷载作用下的抗弯性能,确定其抗弯刚度、破坏模式及应力状态。通过对比分析,讨论窗洞口对墙体抗弯性能的影响。分析结果表明,当窗墙面积比为0.5时,墙体抗弯承载力与抗弯刚度分别比不开窗墙体低30%与66%。龙骨腹板高度为150 mm的该类墙体可满足我国大部分地区建筑高度不超过50 m的城市建筑外围护墙体的抗风要求。

火灾下腹板开孔轻钢龙骨墙体温度场数值模拟分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立了腹板开孔轻钢龙骨围护墙体温度场分析模型,阐述了模型中的若干关键问题,如受火面与背火面边界条件,石膏板、岩棉和钢材的热工性能参数及材料间的接触条件等,并将模拟结果与相关试验结果进行对比。在此基础上,分析了相关参数对腹板开孔轻钢龙骨墙体背火面的最高温度和平均温度的影响规律。结果表明:该模型可有效模拟该类墙体在火灾下的温度分布;龙骨截面高度与石膏板层数及布置方式均可在较大程度上影响墙体背火面的最高温度与平均温度;腹板开孔排数只对背火面最高温度影响较大,对平均温度则影响不大。

均布荷载作用下腹板开孔轻钢龙骨墙体受弯性能试验研究

为研究腹板开孔轻钢龙骨墙体中覆面板材对墙体受弯承载力的贡献,考虑龙骨腹板高度、自攻螺钉间距等参数的影响,对5片腹板开孔的轻钢龙骨墙体标准单元在均布荷载作用下的受弯性能进行了试验研究,分析试件的承载力、破坏模式、挠度、应变和剪力滞效应等。基于试验结果,建立了可考虑剪力滞效应的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行对比,验证了模型的可靠性。基于有限元模型,研究了石膏板厚度、龙骨间距和腹板高度对石膏板有效宽度的影响。试验结果表明:开设细长孔洞对龙骨腹板削弱较大,会引起剪力滞效应,并导致墙体在均布荷载作用下在支座附近发生腹板的剪切屈曲;对于厚度为100~200 mm的墙体,竖龙骨与石膏板间的自攻螺钉间距取300 mm即可保证石膏板与龙骨共同工作;在开孔比率相同的前提下,随着腹板高度的增加,墙体抗弯刚度及受弯承载力均有显著提高。所建立的腹板开孔轻钢龙骨墙体标准单元实体有限元模型能够合理考虑剪力滞效应,与试验结果吻合良好,试件初始刚度和承载力预测值与试验结果最大相差分别不超过6%和4%。有限元参数分析结果表明石膏板有效宽度主要受龙骨腹板高度影响。

外挂式轻钢龙骨墙体-钢框架连接受力性能研究

为提高腹板开孔轻钢龙骨外围护墙体的装配化程度,实现该类墙体的整片式吊装,提出了该类墙体与钢框架之间的外挂式连接方案。考虑钻尾钉、长螺栓两种连接型式及墙体厚度的影响,设计5片外挂于足尺钢框架的墙体标准单元,试验研究连接在风压与风吸荷载作用下的可靠性。采用ABAQUS有限元分析软件建立实体有限元模型,在验证了有限元模型合理可靠的基础上,分析风压与风吸荷载作用下,不同厚度墙体与钢框架连接的应力状态与传力路径。在此基础上,对2组外挂于钢框架的3 m×3 m足尺腹板开孔轻钢龙骨墙体进行了滞回试验,其中一组外挂墙体开设窗洞口,窗墙面积比为0.3,验证外挂式连接在地震作用下的可靠性。研究表明,钻尾钉难以保证风吸荷载作用下墙体连接的受力性能;当腹板开孔轻钢龙骨墙体与钢框架间采用外挂式连接时,建议采用长螺栓连接型式。长螺栓外挂式连接传力明确、施工方便;在风压、风吸及面内水平荷载作用下,墙体发生破坏时,连接区域材料未屈服,龙骨未发生局部屈曲,不会发生脆性破坏,在常用墙体厚度范围内均留有较高的安全储备,能够达到"强连接弱构件"的设计理念。