轻钢龙骨复合墙体三维导热有限元分析

本文利用有限元软件ANSYS对C型轻钢龙骨复合墙体进行了三维导热数值模拟，着重进行了腹板开孔轻钢龙骨复合墙体的导热计算，根据模拟得到的墙体热流量场、温度场，分析了开孔排数、开孔的长度、宽度、孔的横向间距和纵向间距以及龙骨翼缘宽度对墙体导热性能的影响情况和热桥问题。模拟分析结果表明：基于腹板开孔的轻钢龙骨复合墙体能有效降低热桥效应，合理选取开孔参数，即可使其平均传热系数很好地满足寒冷地区的节能使用要求，使其在我国寒冷地区作为住宅外墙推广应用成为可能。     

墙骨柱对轻型木结构墙体保温性能的影响

墙骨柱是轻型木结构墙体中的热桥部位,影响墙体整体保温性能。采用热箱-热流计法测试墙体不同部位的热流密度与温度分布,并用PTemp软件计算墙骨柱热桥线传热系数,研究墙骨柱对墙体单元平均传热系数的影响。结果表明:墙骨柱导热系数≤0.11 W/(m·K)时,线传热系数Ψ=0,墙骨柱对墙体中热桥影响范围较小;墙骨柱导热系数>0.11 W/(m·K)时,线传热系数Ψ=0.01 W/(m·K),需要考虑墙骨柱处二维传热热损失;采用外保温能够有效降低墙骨柱的热桥影响,提高墙体的整体热工性能。     

轻钢龙骨保温复合墙体传热系数的数值计算与分析

墙体传热系数是判断墙体材料保温性能的重要参数。本文以钢结构住宅用轻钢龙骨复合墙体体系为例,比较了二维数值计算方法与一维理论分析的差异,并通过大型墙体实验室测试进行验证。研究成果表明:轻钢龙骨保温复合墙体内的龙骨具有较高的导热系数,会引起整体传热系数的增加,在传统理论分析手算时,如果忽略其热桥效应,则会高估了材料整体保温性能。     

轻钢龙骨外墙节能设计方案研究

为进一步探讨优化轻钢龙骨复合墙体节能设计的有效途径,扩大其在我国严寒地区应用,采用热电偶测温方法进行腹板开孔、带外保温层腹板开孔两个方案的轻钢龙骨复合墙体传热性能的试验研究,重点考察墙体的传热系数和测点温度。试验结果表明:腹板开孔节能设计方法可以降低轻钢龙骨墙体的热损失,削弱龙骨所在部位的热桥效应,显著提高墙体的保温性能。两种试验方案的墙体传热系数分别为0.315,0.250 W/(m2.K),可以满足我国严寒地区居住建筑围护结构节能50%的传热系数限值要求。选用JG/T182—2005《低层轻型钢结构装配式住宅技术要求》推荐的轻钢龙骨规格,组成标准轻钢龙骨复合墙体,采用ANSYS有限元模拟对比分析4类墙体的平均传热系数、温度场,进行墙体的经济性比较,提出符合我国严寒地区(如哈尔滨市)建筑节能标准的轻钢龙骨复合外墙节能设计方案。     

胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体抗剪性能分析

为推广胶合板在低层轻钢龙骨房屋体系中的应用,本文利用有限元软件分析了胶合板覆面轻钢龙骨式组合墙体的抗剪性能。在建立有限元模型时,龙骨和面板分别选用三维梁单元和平面应力单元模拟,并考虑到材料非线性和几何非线性的影响,采用耦合双弹簧模型模拟自攻螺钉连接。基于胶合板-轻钢龙骨自攻螺钉连接性能,分析组合墙体在水平荷载作用下的抗剪承载力。通过对比分析,讨论胶合板厚度、自攻螺钉直径以及墙面板周边自攻螺钉间距对组合墙体抗剪性能的影响。分析结果表明:随着胶合板厚度增加、自攻螺钉直径加大、墙面板周边自攻螺钉间距加密,组合墙体的抗剪承载力明显增加。     

腹板开孔轻钢龙骨墙体的传热性能

以腹板开孔轻钢龙骨复合墙体为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件建立了开孔轻钢龙骨墙体传热性能的有限元分析模型。对比分析了相同条件下开孔轻钢龙骨墙体与不开孔轻钢龙骨墙体的传热系数,在此基础上对孔洞排数、孔洞几何尺寸进行了参数分析,得到孔洞排数与孔洞长度是影响腹板开孔轻钢龙骨墙体传热性能主要参数的结论,上述研究可为轻钢龙骨墙体在我国寒冷地区的应用提供设计参考。     

轻钢龙骨防火外墙及其与钢框架连接的平面外受力性能分析

针对轻钢龙骨防火外墙在L形角钢连接、异形角钢连接两种连接方式下的平面外受力性能进行了试验研究。然后采用有限元软件ABAQUS对试件进行模拟分析，模拟结果与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的有效性。进而考虑竖向轻钢龙骨间距及布置方式、横向轻钢龙骨厚度、异形角钢连接件个数、L形角钢与型钢梁连接自攻螺钉个数、L形角钢厚度六个因素的影响，对轻钢龙骨防火外墙及其与钢框架连接的平面外受力性能进行有限元模拟分析。结果表明：增加异形角钢连接件个数或L形角钢的自攻螺钉个数可提高墙体平面外极限承载力和刚度及连接件平面外刚度，且提高效果最为显著；减小龙骨间距能提高墙体平面外极限承载力及刚度；增加横向轻钢龙骨厚度能提高墙体平面外极限承载力和连接件平面外刚度；增加L形角钢厚度可明显提高墙体及连接件平面外刚度。     

新型腹板开孔HF2轻钢龙骨复合墙体传热参数数值分析

以腹板开孔及不开孔HF2轻钢龙骨复合墙体作为研究对象,通过ANSYS数值模拟分析龙骨高度、厚度、闭合区高度比对传热及热桥效应的影响。对HF2轻钢龙骨复合墙体承载力、保温性、耐久性进行简述。同时,对影响墙体传热性能的三个孔洞参数进行分析,包括:孔的长度、孔的宽度、腹板开孔排数。研究结果表明:腹板开孔能够有效地减少HF2轻钢龙骨复合墙体热量损失,降低热桥效应;龙骨高度增大,厚度减小,闭合区高度比减小均能使墙体传热系数减小,以满足保温要求。孔洞长度、开孔排数对墙体传热性能有较大影响,孔洞宽度几乎无影响。     

双C型冷弯薄壁复合墙板系统抗火性能研究

为研究双C型冷弯薄壁复合墙板系统的抗火性能,运用经试验验证的复合墙板系统温度场的ANSYS分析方法,分析了不同影响因素对复合墙板在火灾下轻钢龙骨的升温规律的影响.结果表明,防火面板厚度、防火面板材料、墙体填充物和墙体厚度对轻钢龙骨升温影响较大,而轻钢龙骨厚度、轻钢龙骨间距对轻钢龙骨升温影响较小.对81个不同影响因素的复...     

蒸压纤维水泥板覆面轻钢龙骨式复合墙体抗剪性能试验研究

为研究采用蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)覆面的轻钢龙骨式复合墙体的抗剪性能,进行了13片足尺墙体的水平单调加载和低周反复加载试验。试验结果表明,采用CCA板覆面轻钢龙骨式复合墙体的破坏主要表现为自攻螺钉连接处的CCA板拉裂或者螺钉拔出,最终CCA板失去传递剪力的能力而破坏,轻钢龙骨未发生明显破坏。基于试验结果,得到了各类CCA板覆面墙体的屈服荷载、最大荷载、破坏荷载以及位移延性系数等性能指标。最后,分析了CCA板厚度、密度以及加载方式对轻钢龙骨式复合墙体受剪性能的影响,并与OSB板、石膏板覆面墙体进行了比较。     

喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体抗震性能研究

喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体是在原竹骨架外喷涂轻质保温材料制成。通过对喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体试件进行低周反复加载试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度及延性等抗震性能,并通过有限元分析比较了组合墙体和原竹骨架的抗侧承载能力,最后将试验结果与已有喷涂保温材料-冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。结果表明：喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体具有较高的受剪承载力、抗侧刚度以及良好的抗震性能;组合墙体的抗侧承载能力为原竹骨架的2.9倍;与喷涂保温材料-冷弯薄壁型钢组合墙体相比,喷涂保温材料-原竹骨架组合墙体受剪承载力和抗侧刚度略有降低,但该组合墙体同样具有一定的推广价值。     

装配式轻钢框架-复合轻墙结构抗震性能试验研究

为适应装配式建筑在村镇低层住宅结构发展的需求,提出了一种装配式轻钢框架-复合轻墙结构。该结构由轻钢框架作为竖向承重体系,单排配筋再生混凝土薄墙板作为抗侧力构件与轻钢框架共同抵抗水平地震作用,再生混凝土薄墙板复合EPS保温模块和粉煤灰砌块层形成保温墙体。通过4个装配式轻钢框架-复合轻墙结构和1个轻钢空框架的低周反复荷载试验,分析了墙板分布钢筋间距和墙体构造形式(是否复合粉煤灰砌块层)对该结构抗震性能的影响。研究结果表明：轻钢框架与单排配筋再生混凝土薄墙板协同工作良好,结构具有明确的两道抗震防线,由于复合EPS保温模块和粉煤灰砌块,实现了抗震节能一体化;减小墙板分布钢筋间距和复合粉煤灰砌块层可显著提高结构承载力和延性。基于JGJ 138—2016《组合结构设计规范》及相关文献,给出了装配式轻钢框架-复合轻墙结构的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能试验研究

喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格内设置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质保温材料制成。通过对1个冷弯薄壁型钢骨架试件和2个喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体试件的低周反复加载试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度以及延性等力学特征,并将试验结果与已有的两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。研究结果表明：冷弯薄壁型钢骨架的节点刚度较弱,承载能力较低,不宜单独作为抗侧力构件;与两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体相比,轻质保温材料的连续喷涂使得组合墙体更具整体性,其承载能力和抗侧刚度显著增加,并具有良好的抗震性能。     

竹结构轻型框架房屋火灾安全性能试验研究

采用欧洲规范确定房屋的火灾荷载后,使用木垛火作为火源,对一足尺竹结构轻型框架房屋进行火灾模拟试验,研究了此类型房屋的火灾安全性能。历时1h的火灾作用后,墙体骨柱在9.5mm厚普通石膏板的保护下,平均炭化深度仅为截面尺寸的1/3,而楼盖格栅在19mm厚防火石膏板的保护下几乎没有火灾损伤,房屋最终保持了良好的结构整体性,表明此类竹结构房屋耐火时间可以达到1.0h以上,具有良好的火灾安全性能;墙体和楼板内外表面的热电偶数据显示迎火面墙体最高温度达到686℃的情况下,背火面温度维持在一个较低的温度水平(最高温度仅为46～84℃),表明采用石膏板和岩棉的房屋墙体和楼板具有良好的保温隔热性能;在试验研究的基础上,对竹结构轻型框架房屋的构造措施提出了设计建议。     

Finite element modeling and parametric analysis of timber–steel hybrid structures

This paper presents finite element modeling and a parametric analysis of prototype timber–steel hybrid structures, which are composed of steel moment‐resisting frames and infill wood‐frame shear walls. A user‐defined element was developed to model the behavior of the infill wood shear walls based on the concept of pseudo‐nail model. The element was implemented as a subroutine in a finite element software package abaqus . The model was verified by reversed cyclic test results and further used in a parametric analysis to investigate the lateral performance of timber–steel hybrid shear walls with various structural configurations. The results showed that the infill wall was quite effective within small drift ratios, and the elastic lateral stiffness of the hybrid shear wall increased when a stronger infill wall was used. In order to ensure the structural efficiency of the hybrid shear wall system, it is beneficial to use relatively strong timber–steel bolted connections to make sure the shear force can be transferred effectively between the steel frame and the infill wall. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

竹结构轻型框架房屋的研究与应用

以竹代木研发的轻型住宅结构体系,提出了充分利用竹材这种我国固有的绿色可持续资源的工业化方向。总结了轻型胶竹框架结构试验、设计和工程应用。所提出的轻型竹结构住宅在北美轻型木结构类似的所谓二乘四构造基础上进一步提高了模块化设计,增加了工厂预制加工量,以减少现场施工量,并以平台式施工加快安装速度。重点分析了胶竹材料的基本力学性能,抗震设计方法以及构造处理和建造方法等关键技术。竹框架结构住宅的设计和建造充分利用了竹材的轻质高强、可加工性和良好的耐久性能等,同时竹材也是良好的低碳建材。研究内容及单体住宅的建造表明现代竹结构住宅适用于商业建筑或住宅建筑,符合建筑绿色环保和可持续发展的要求。图11表2参27     

不同面板钉木剪力墙抗侧承载力试验

为了研究中国钉应用在木剪力墙建造中的可行性,进行了面板钉连接节点试验和剪力墙有限元分析;对采用中国钉的面板钉连接节点进行加载方向垂直于木纹和加载方向平行于木纹的试验,将得到的试验结果以节点荷载-位移曲线的形式输入到有限元分析软件中,计算木剪力墙的抗侧承载力,并与进口钉剪力墙模型的计算结果进行对比。研究结果表明:采用中国钉和进口钉的木剪力墙有着相近的抗侧承载力和刚度;有限元计算所得的木剪力墙抗侧承载力相对于《木结构设计规范》(GB 50005—2003)中的公式有足够的可靠度,因此,在木剪力墙的建造中,中国钉和进口钉可以相互替代使用。     

轻型木结构剪力墙有限元软件的分析对比

剪力墙是轻型木结构中重要的抗侧力构件,其抗侧性能受到众多因素影响,例如钉子的规格和间距、覆面板材的铺设方式及尺寸、是否有横撑及加载方式等。由于受到试验设备、经费等方面的限制,很难精确地研究各个影响因素而反复进行试验,因此对剪力墙抗侧性能的深入研究受到一定的限制。采用有限元方法,只要其有效性得到验证,就可以大大节约时间及成本。本文采用有限元软件SAP2000及ABAQUS,以经过试验的剪力墙为例进行单向荷载下的模拟分析,并与试验结果对比,比较两种软件的模拟结果、分析精度和适应性,为今后木结构剪力墙的有限元分析提供参考。     

Fire performance of cold-formed steel wall panels and prediction of their fire resistance rating

Recent research at the Queensland University of Technology has investigated the structural and thermal behaviour of load bearing Light gauge Steel Frame (LSF) wall systems made of 1.15 mm G500 steel studs and varying plasterboard and insulation configurations (cavity and external insulation) using full scale fire tests. Suitable finite element models of LSF walls were then developed and validated by comparing with test results. In this study, the validated finite element models of LSF wall panels subject to standard fire conditions were used in a detailed parametric study to investigate the effects of important parameters such as steel grade and thickness, plasterboard screw spacing, plasterboard lateral restraint, insulation materials and load ratio on their performance under standard fire conditions. Suitable equations were proposed to predict the time–temperature profiles of LSF wall studs with eight different plasterboard-insulation configurations, and used in the finite element analyses. Finite element parametric studies produced extensive fire performance data for the LSF wall panels in the form of load ratio versus time and critical hot flange (failure) temperature curves for eight wall configurations. This data demonstrated the superior fire performance of externally insulated LSF wall panels made of different steel grades and thicknesses. It also led to the development of a set of equations to predict the important relationship between the load ratio and the critical hot flange temperature of LSF wall studs. Finally this paper proposes a simplified method to predict the fire resistance rating of LSF walls based on the two proposed set of equations for the load ratio–hot flange temperature and the time–temperature relationships.     

浅议全隐框玻璃幕墙的质量控制

随着大批高层公用建筑的建设发展,全隐框玻璃幕墙依其保温、隔热、节能、明亮、气派、现代、整体性和美观性,越来越受到青睐。文章结合工程实践经验,就全隐框玻璃幕墙的施工要点进行了总结。