新型冷彎構(gòu)件力學(xué)性能及輕鋼龍骨復(fù)合墻體傳熱性能研究.pdf

1、冷彎型鋼構(gòu)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(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)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(guān)注的焦點(diǎn)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(yīng)，導(dǎo)致墻體整體保溫性能變差，嚴(yán)重阻礙了該體系在我國北方城市的推廣應(yīng)用，探討適宜我國嚴(yán)寒地區(qū)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的墻體組成方案是亟待解決的任務(wù)之一。
　　本文對冷彎C

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

3、濟(jì)效益綜合分析。具體進(jìn)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(gòu)件力學(xué)性能進(jìn)行了細(xì)致分析。深入探討了腹板加勁對C形截面的作用機(jī)理，給出C形腹板加勁構(gòu)件的設(shè)計建議。分析表明，C形構(gòu)件采用腹板加勁后腹板局部屈曲應(yīng)力明顯提高，構(gòu)件由翼緣、卷邊組合板件的畸變屈曲控制其承載力，致使構(gòu)件承載力不同程度提高，同時構(gòu)件的屈曲模式由局部屈曲變?yōu)榛兦８拱濉菩渭觿疟萔形加勁對C形構(gòu)件的翼緣、卷邊組合板件支承作用

4、更強(qiáng)。當(dāng)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(dāng)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(dāng)采用較大的加勁高度比。
　　⑵在對新型冷彎截面的設(shè)計原則和設(shè)計思路分析后，改進(jìn)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(yàn)證了新型截面構(gòu)件在軸壓、彎矩、壓彎基本荷載作用下的力學(xué)性能規(guī)律，深入分析截面參數(shù)和加勁參數(shù)對構(gòu)件力學(xué)

5、性能的影響，給出優(yōu)化設(shè)計建議。分析表明，翼緣閉合構(gòu)件和翼緣閉合組合構(gòu)件的抗彎模量大，抗彎承載力高，變形以整體彎曲為主；構(gòu)件承受壓彎荷載時的相關(guān)曲線飽滿；翼緣閉合截面構(gòu)件和翼緣閉合組合截面構(gòu)件具有板件加勁充分局部屈曲不易發(fā)生、承載能力強(qiáng)等力學(xué)性能優(yōu)勢和顯著的經(jīng)濟(jì)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(gòu)件具有抗壓剛度高、截面極限應(yīng)力接近材料屈服點(diǎn)、局部波曲變形小等特點(diǎn)；箱形組合截面構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)輕鋼龍骨力學(xué)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(nèi)腹板開孔對龍骨力學(xué)性能影響幅度可控制在10％以內(nèi)；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(yīng)變相應(yīng)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(xué)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。
　　⑷以使輕鋼龍骨復(fù)合墻體滿足哈爾濱地區(qū)建筑外墻節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，對標(biāo)準(zhǔn)龍骨復(fù)合墻體，腹板開孔及加聚苯乙烯外保溫層腹板開孔標(biāo)準(zhǔn)龍骨復(fù)合墻體等三類墻體進(jìn)行了墻體傳熱、傳濕性能有限元分析。分析表明，輕鋼龍骨復(fù)合墻體熱橋效應(yīng)顯著，室內(nèi)側(cè)墻體表面會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象；龍骨腹板開孔后墻體熱橋效應(yīng)明顯改善，墻體表面結(jié)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(jié)合運(yùn)用，可以滿足我國嚴(yán)寒地區(qū)建筑外墻節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
　?、刹捎脽犭娕紲y溫方法進(jìn)行了腹板開孔、帶外保溫層腹板開孔輕鋼龍骨復(fù)合墻體傳熱性能的試驗(yàn)研究，重點(diǎn)考察了墻體的平均傳熱系數(shù)和測點(diǎn)溫度，并與有限元分析所得墻體平均傳熱系數(shù)和測點(diǎn)溫度進(jìn)行了對比。分析表明，兩方案試驗(yàn)、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(diǎn)溫度較大差異的主要原因。兩種試驗(yàn)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(yán)寒地區(qū)建筑外墻節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。
　?、什捎煤邶埥∠嚓P(guān)定額作為計價依據(jù)，進(jìn)行了輕鋼龍骨復(fù)合墻體價格組成分析。依據(jù)保溫性能相近原則，進(jìn)行了輕鋼龍骨復(fù)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(fù)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(diǎn)，綜合效益突出，具有在哈爾濱地區(qū)推廣使用的前景。
　　⑺基于對輕鋼龍骨復(fù)合墻體的保溫、力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性綜合分析，提出適合我國嚴(yán)寒地區(qū)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的輕鋼龍骨復(fù)合墻體節(jié)能設(shè)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(nèi)，墻體造價僅提高0.4～0.5％，但墻體的保溫性能明顯