新型冷彎構件力學性能及輕鋼龍骨復合墻體傳熱性能研究.pdf

1、冷彎型鋼構件具有截面成型靈活、加工性能優(yōu)越、連接固定方便等特點而被廣泛應用于各類建筑結構體系之中，對其截面組成形式的探討和材料最大限度的合理利用是人們長期關注的焦點之一。
　　輕鋼龍骨住宅體系以其自身多方面性能優(yōu)勢而具有廣闊的發(fā)展前景，但鋼龍骨所在部位墻體局部存在熱橋效應，導致墻體整體保溫性能變差，嚴重阻礙了該體系在我國北方城市的推廣應用，探討適宜我國嚴寒地區(qū)建筑節(jié)能標準的墻體組成方案是亟待解決的任務之一。
　　本文對冷彎C

2、形腹板加勁截面構件基本力學性能進行了細致分析；基于對冷彎截面組成形式和特點的分析，改進并提出三類五種新型冷彎截面，通過有限元分析驗證新型截面構件在基本荷載作用下具有系列力學性能優(yōu)勢，給出截面優(yōu)化設計建議；對基本荷載作用下腹板開孔標準輕鋼龍骨的力學性能影響規(guī)律進行了分析，得出孔洞對龍骨力學性能的影響規(guī)律；通過對三類常用輕鋼龍骨復合墻體形式傳熱性能的理論分析和實驗研究，提出符合哈爾濱地區(qū)節(jié)能標準的輕鋼龍骨復合外墻節(jié)能設計方案，并進行了墻體經(jīng)

3、濟效益綜合分析。具體進行了以下幾方面工作：
　?、挪捎糜邢拊椒▽S力、彎矩作用下冷彎C形腹板加勁構件力學性能進行了細致分析。深入探討了腹板加勁對C形截面的作用機理，給出C形腹板加勁構件的設計建議。分析表明，C形構件采用腹板加勁后腹板局部屈曲應力明顯提高，構件由翼緣、卷邊組合板件的畸變屈曲控制其承載力，致使構件承載力不同程度提高，同時構件的屈曲模式由局部屈曲變?yōu)榛兦?。腹板∑形加勁比V形加勁對C形構件的翼緣、卷邊組合板件支承作用

4、更強。當C形截面腹板寬厚比小于150時建議采用腹板V形加勁，腹板寬厚比接近150時建議采用較大加勁尺寸；當C形截面腹板寬厚比大于150時建議采用腹板∑形加勁，并適當采用較大的加勁高度比。
　?、圃趯π滦屠鋸澖孛娴脑O計原則和設計思路分析后，改進并提出了三類五種新型冷彎截面，分別是翼緣閉合截面，翼緣閉合組合截面和箱形組合截面。理論分析驗證了新型截面構件在軸壓、彎矩、壓彎基本荷載作用下的力學性能規(guī)律，深入分析截面參數(shù)和加勁參數(shù)對構件力學

5、性能的影響，給出優(yōu)化設計建議。分析表明，翼緣閉合構件和翼緣閉合組合構件的抗彎模量大，抗彎承載力高，變形以整體彎曲為主；構件承受壓彎荷載時的相關曲線飽滿；翼緣閉合截面構件和翼緣閉合組合截面構件具有板件加勁充分局部屈曲不易發(fā)生、承載能力強等力學性能優(yōu)勢和顯著的經(jīng)濟性優(yōu)勢，適宜承受彎矩和壓彎荷載作用，適于深入研究并合理推廣使用。對焊箱形組合構件具有抗壓剛度高、截面極限應力接近材料屈服點、局部波曲變形小等特點；箱形組合截面構件適宜承受軸壓和壓彎

6、荷載的作用，也適合承受重載和大跨度情況使用。
　?、遣捎糜邢拊椒ㄏ到y(tǒng)分析了在軸壓、彎矩、壓彎基本荷載作用下，腹板開孔對標準輕鋼龍骨力學性能的影響規(guī)律，給出龍骨腹板孔洞的合理取值范圍。分析表明，常用孔洞參數(shù)范圍內腹板開孔對龍骨力學性能影響幅度可控制在10％以內；腹板開孔后龍骨整體變形能力降低，龍骨的變形幅度減小，峰值應變相應減小，使龍骨的初始剛度略微增大；腹板孔洞長度是影響龍骨力學性能的重要參數(shù)，隨孔洞長度增加，龍骨承載力下降，延

7、性變差。
　?、纫允馆p鋼龍骨復合墻體滿足哈爾濱地區(qū)建筑外墻節(jié)能標準為目標，對標準龍骨復合墻體，腹板開孔及加聚苯乙烯外保溫層腹板開孔標準龍骨復合墻體等三類墻體進行了墻體傳熱、傳濕性能有限元分析。分析表明，輕鋼龍骨復合墻體熱橋效應顯著，室內側墻體表面會出現(xiàn)結露現(xiàn)象；龍骨腹板開孔后墻體熱橋效應明顯改善，墻體表面結露現(xiàn)象基本消除，墻體保溫性能明顯改善；苯板外保溫措施也可以顯著提高墻體保溫性能，但冷凝現(xiàn)象較明顯，需配合聚乙烯塑料隔汽層使用。

8、兩種保溫措施在輕鋼龍骨外墻中結合運用，可以滿足我國嚴寒地區(qū)建筑外墻節(jié)能標準。
　　⑸采用熱電偶測溫方法進行了腹板開孔、帶外保溫層腹板開孔輕鋼龍骨復合墻體傳熱性能的試驗研究，重點考察了墻體的平均傳熱系數(shù)和測點溫度，并與有限元分析所得墻體平均傳熱系數(shù)和測點溫度進行了對比。分析表明，兩方案試驗、有限元分析所得墻體平均傳熱系數(shù)分別相差1.8%、0.9%；試件加工中龍骨和石膏板連接面不能完全接觸、有限元分析中忽略龍骨和石膏板連接面接觸處的接

9、觸熱阻是造成二者龍骨測點溫度較大差異的主要原因。兩種試驗方案的墻體平均傳熱系數(shù)分別為0.315W/(m2·)℃、0.250W/(m2·)℃，可以滿足我國嚴寒地區(qū)建筑外墻節(jié)能標準。
　?、什捎煤邶埥∠嚓P定額作為計價依據(jù)，進行了輕鋼龍骨復合墻體價格組成分析。依據(jù)保溫性能相近原則，進行了輕鋼龍骨復合墻體與常用墻體的造價、自重和占用空間等綜合比較分析。分析表明，輕鋼龍骨復合墻體平米價格在100～180元之間；龍骨腹板開孔后墻體材料價格升

10、高0.4～0.5％，加20mm厚聚苯乙烯板外保溫層后墻體材料價格升高13～20％。對比分析表明，輕鋼龍骨墻體具有保溫性能優(yōu)越、價格適中、墻體厚度小等特點，綜合效益突出，具有在哈爾濱地區(qū)推廣使用的前景。
　?、嘶趯p鋼龍骨復合墻體的保溫、力學性能和經(jīng)濟性綜合分析，提出適合我國嚴寒地區(qū)建筑節(jié)能標準的輕鋼龍骨復合墻體節(jié)能設計方案。分析表明，腹板開孔后龍骨承載力降低可控制在10％以內，墻體造價僅提高0.4～0.5％，但墻體的保溫性能明顯