留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2023年  第38卷  第9期

科研
轻钢-速生木自攻螺钉连接构件抗拔性能研究
陈志华, 冯浩, 刘佳迪
2023, 38(9): 1-8. doi: 10.13206/j.gjgS23061401
摘要:
将木材应用到建筑结构当中,既可以发挥木材环保的特性,又能够使建筑富有美感。我国的速生木材产量丰富,应用到建筑当中可以减少对进口木材的依赖,降低施工成本。但是由于速生木强度较弱、结构疏松不均匀,在建筑中应用有一定的局限性,引入轻钢可以削弱木材的天然缺陷,同时木材也可以解决轻钢稳定性不足的问题。轻钢-速生木结构是将钢材引入到传统木结构中的一种新型建筑结构,它兼顾了钢材和木材两种材料的优点,在村镇住宅等建筑结构中具有一定的应用前景。由于自攻螺钉连接的轻钢-速生木结构的力学行为受到自攻螺钉抗拔性能的影响较大,同时现有研究中对此类结构的自攻螺钉抗拔性能相关研究并不完善。因此对由国产速生树种杉木与Q235级薄钢板构成的自攻螺钉钢木组合构件进行了抗拔试验,将薄钢板与木块用自攻螺钉连接起来放置到自制夹具当中,运用万能试验机将螺钉拔出,用以研究其力学性能。试验过程中选取了钢板厚度和纹理方向两个重要试验参数,得到了自攻螺钉的破坏模式、抗拔极限荷载和延性。研究结果表明:试件的破坏模式均为自攻螺钉拔出破坏,钉子拔出后螺纹有明显损坏,螺纹内有铁屑和木屑堆积,钢板存在扩孔以及鼓曲现象;当螺钉垂直于顺纹方向拔出时,试件的离散性较低,同时增加钢板厚度也可以降低离散性;轻钢的加入可以显著提高构件的极限荷载,提高节点的受力性能;钢板对端面极限荷载影响要大于另外两个方向;相同条件下,端面极限荷载要低于另外两个方向,并随着钢板厚度的增加差距逐渐降低;相同条件下,自攻螺钉从径向以及弦向拔出时,承载能力差别不大,两个方向极限荷载差距不超过10%;钢板厚度为1.5 mm时,试件相较于其他钢板厚度试件表现出较好的延性,但是试件总体延性系数低于3,延性系数较小。最后,基于欧洲木结构设计规范和我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》,提出了适用于自攻螺钉连接的杉木与薄钢板组成的钢木组合构件的抗拔承载力计算公式,公式误差均在15%以内,验证了公式的适用性和准确性。
冷弯型钢-秸秆草砖结构体系抗震性能研究
孙怀拴, 曹宝珠, 陈志华, 刘佳迪
2023, 38(9): 9-18. doi: 10.13206/j.gjgS23040402
摘要:
冷弯型钢结构体系具有构件轻量化、全装配施工(施工现场无需大型机械)、连接快捷简便、安全可靠的特点,适合乡村低多层建筑的建造。秸秆建筑是高能效的建筑型式,可以为居住者营造贴近自然、舒适的室内环境,同时具有节能减排的良好效果,当建筑物被废弃时,秸秆也可以被生物降解。由于秸秆储量丰富,具有固碳能力,逐渐成为受到关注的绿色建筑材料。传统冷弯型钢结构体系中,平台式层间连接的构造复杂,连接强度和刚度较弱,易于破坏;侧挂式层间连接时,墙架柱承受楼层梁传来的附加弯矩而易于局部屈曲。矿物棉、泡沫聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯等围护材料生产能耗高,费用高,难于广泛用于乡村建筑。为此,将冷弯型钢结构体系与秸秆建筑相结合,并对平台式冷弯型钢结构体系进行改进,提出平台式-贯通式冷弯型钢-秸秆草砖结构体系,该体系符合绿色建筑和低能耗的建筑需求,在农村地区具有独特的优势和较大的发展空间。为考察该体系在地震作用下的抗震性能,以实际工程为背景,分别建立平台式冷弯型钢结构、平台式-贯通式冷弯型钢结构、平台式-贯通式冷弯型钢-秸秆草砖结构有限元模型,得到三者的自振频率,并分别对3种结构进行地震动的非线性时程分析,对比分析了3种结构在不同地震作用下的地震反应,包括加速度响应、位移响应、底部剪力-顶部位移曲线等。由实际工程的建造过程可以看出,相较于平台式冷弯型钢结构,平台式-贯通式冷弯型钢结构构件数量少,节点构造简单,安装方便,整体性好,适合在农村地区应用;平台式-贯通式结构的前三阶自振频率均大于平台式冷弯型钢结构,在最不利地震动荷载工况下,其峰值基底剪力、峰值屋面位移、峰值层间位移均小于平台式冷弯型钢结构,结构的最大层间位移角满足JGJ 227—2011《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的限值要求,表明平台式-贯通式冷弯型钢结构的整体刚度和抗震性能均优于平台式冷弯型钢结构;考虑秸秆墙体的影响后,平台式-贯通式冷弯型钢结构的峰值基底剪力减少约12.5%,峰值屋面位移减小约30%,表明秸秆墙体黏弹性的力学特性能够减轻冷弯型钢结构的地震响应。
设计
钢框架-网格墙结构分析与设计
闫翔宇, 张莫凡, 王丹妮, 陈志华, 李晓斐, 王彬
2023, 38(9): 19-27. doi: 10.13206/j.gjgS22052202
摘要:
网格墙结构是将钢板墙网格化得到的一种新型抗侧力体系,具有抗震性能好、焊接工作量小、构件加工和运输方便、施工安装便捷等优势,符合当前大力发展装配式钢结构的政策要求。目前对网格墙结构的研究主要集中在力学性能方面,但其在实际工程设计中尚未得到应用。为探索其在实际工程中应用的可行性,以兰州新区保障性住房建设项目(二期)9号楼的钢框架-钢板剪力墙结构为背景,采用钢框架-网格墙结构进行了结构布置与设计,在YJK和MIDAS/Gen软件中建立了结构计算模型,并在相同技术参数和荷载条件下进行了整体结构分析、构件承载力验算以及关键节点设计与分析。在YJK和MIDAS/Gen中对钢框架-网格墙结构进行弹性分析,得到结构的整体指标,并与原钢框架-钢板剪力墙结构的整体指标进行对比,结果表明:钢框架-网格墙结构抗侧力构件沿平面、立面布置规则,两种软件所得各项指标比较接近且均满足JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的要求,虽然其抗侧刚度略低于钢框架-钢板剪力墙结构,但钢网格墙的用钢量和焊接工程量均低于相应的钢板剪力墙。对构件承载力进行验算时,由于钢网格墙T型钢构件计算长度算法尚不明确,无法采用一阶弹性分析法进行构件稳定性计算,因而采用直接分析法对构件进行了验算,考虑整体初始缺陷和构件初始缺陷,进行各荷载组合下的非线性分析,结果表明:所有钢构件的强度应力比均小于1.0,构件承载力满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》要求。鱼尾板作为T型钢与边缘构件间的连接构件,对钢网格墙耗能性能的发挥至关重要,为确保连接的可靠性,对鱼尾板的力学性能进行深入分析,在有限元软件ABAQUS中建立该钢网格墙的3层局部子结构精细化有限元模型,施加荷载包络组合作用下的柱顶内力、梁上荷载以及各层柱顶侧向位移后进行分析,结果表明,在设计荷载下鱼尾板、T型钢构件、边缘构件均不出现屈服,继续侧向加载至鱼尾板出现屈服时,此时大部分T型钢构件、梁端以及底层柱脚受压侧早已经出现截面屈服,满足“强节点、弱构件”的设计要求。
装配式村镇住宅轻钢框架结构设计与研究
陈志华, 孙克肇, 周婷, 闫翔宇, 肖潇, 张莫凡
2023, 38(9): 28-36. doi: 10.13206/j.gjgS22062102
摘要:
在乡村振兴、双碳目标、建筑产业升级、装配式的大背景下,我国村镇经济实现了突飞猛进的发展。在住宅建设热潮的推动下,村镇住宅的发展从量的增加转变为质的提高,居住条件和建设质量的改善越来越成为村镇住宅下一阶段发展的必然要求。轻钢框架结构体系具有构件轻便、易于运输、抗震性能优良的特点,适用于村镇地区低层住宅。但已有的焊接、栓接的连接方式不满足低成本、简易施工的预期目的。为此,从村镇地区落后的运输条件和施工条件的立足点出发,提出了一种新型村镇轻钢框架结构体系,包括自攻螺钉连接节点、方钢管组合异形柱等。结合德胜村装配式村镇住宅钢结构房屋,研究了新型体系的结构设计和节点设计方法,详细介绍了其设计与施工过程中所采用的关键技术,包括装配式村镇住宅BIM正向设计技术、简易施工异形柱装配技术、装配化螺旋钢桩承台节点技术、节点简易化连接与安装技术。结果表明:这种新型体系结构设计指标满足相关规范要求,安全可靠;采用范围修正后的英国规范计算的螺钉抗剪承载力和欧洲规范计算的螺钉抗拔承载力,均比实际试验值略小,工程应用偏于安全;所提出的关键技术满足村镇住宅绿色环保、简易施工、经济效益优的内在要求,适于在村镇地区推广应用。
施工技术
村镇简易装配式异形柱及其钢框架结构体系设计及施工关键技术研究
王小盾, 蒋金成, 陈志华, 刘洋
2023, 38(9): 37-44. doi: 10.13206/j.gjgS22092801
摘要:
随着村镇地区的发展,村镇居民对住房有了更高层次需求,新农村建设中装配式和绿色建造的重要性逐步提高。针对村镇地区低层居民住宅建筑,提出了新型简易装配式异形柱及其钢框架结构体系。首先,描述了新型简易装配式异形柱的构造、节点形式及其特点。该异形柱由3根单柱组成,单柱的截面形式为矩形,3个单柱按L形排列;单柱与U形连接件、L形连接件通过自攻螺钉固接而成;基于该异形柱的连接节点均采用自攻螺钉进行连接,完全不使用焊接。该体系具有“一小二低三易”的优点,即:环境污染小、操作难度低、经济成本低、钢材购买易、构件运输易、装配过程易,满足国家乡村振兴战略对住宅绿色建造的发展需求。然后,基于新型结构体系,借助PKPM建立了该房屋工程的计算模型,完成了该房屋工程结构分析与设计,得到了结构的各项指标与不同工况下的变形图,参考相关规范对节点进行了设计与验算。最后,总结了施工过程中遇到的难点:梁柱节点以及梁梁节点的施工作业面较高,高空操作难度大且存在安全隐患;该新型体系的安装尽量避免使用大型机械,人工直接抬升构件操作难度过大,容易在抬升的过程中对节点造成破坏,且存在安全隐患,针对其提出了3项关键施工技术:自攻螺钉节点简化连接方法、双梯抬升法和框架抬升临时固定措施。其中,自攻螺钉节点简化连接方法提升了自攻螺钉节点连接的效率与准确性,提高了施工的安全性;双梯抬升法降低了人工抬升构件的难度,避免了节点在抬升过程中发生破坏,提高了构件抬升的效率与安全性;框架抬升临时固定措施避免了框架在人工抬升的过程中发生侧翻,提升了框架抬升的安全性。以上3项关键技术提高了新型简易装配式异形柱结构在施工过程中的效率与安全性。
轻钢框架-网格墙结构施工关键技术及抗侧性能研究
刘子杰, 闫翔宇, 张莫凡, 杨艳, 陈志华, 贾莉, 芦燕
2023, 38(9): 45-52. doi: 10.13206/j.gjgS22110901
摘要:
随着新型城镇化的推进,装配式钢结构建筑比例逐年提高,但是现有钢结构体系用于村镇建筑时存在着住宅品质不优、构件标准化程度低、运输安装不便、建造质量低下、污染及浪费严重等问题,亟需研发低成本、易安装、生态化的村镇装配式住宅轻钢结构体系以及相应的建造技术。轻钢框架-网格墙结构不仅具有抗震性能优良、构件轻便、易于运输的优点,而且节点可采用完全装配式的螺栓连接或自攻螺钉连接,施工安装简便。为了研究这种结构形式的简易施工关键技术以及抗侧性能,建造了一栋采用全螺钉连接的轻钢框架-钢、木、竹网格墙混合结构体系的单层房屋,并对其进行了原位试验。以该工程中的一榀轻钢框架-网格墙为例,从柱脚、基础、框架安装、钢网格墙安装、墙板安装等方面阐述轻钢框架-网格墙的简易施工建造技术,并通过原位静力试验得到了其抗侧性能。研究表明,这种轻钢框架-网格墙易于安装,能够节省人力物力,适于在村镇地区推广应用,且采用该建造技术完成的轻钢框架-网格墙结构的抗侧性能能够满足设计要求。
设计探讨
H型钢压杆腹板宽厚比限值
童根树
2023, 38(9): 53-55. doi: 10.13206/j.gjgS23022120
摘要:
介绍了GB 50017—2017《钢结构设计标准》中腹板宽厚比限值可能存在的问题,利用整体弯曲失稳时柱中截面的应力梯度计算腹板的局部屈曲临界应力,采用这个临界应力计算局部屈曲的正则化宽厚比。利用美国AISI规范和欧洲板结构规范EC3-1-5的板件有效截面公式中全截面有效的正则化宽厚比求得腹板的宽厚比限值。结果发现:宽厚比限值公式应与压杆的正则化长细比联系。基于此拟合了公式,并与当前规范公式进行了对比。由于该方法考虑了整体弯曲屈曲对腹板局部屈曲的影响,理论上更加合理。
钢结构热点探析
柱子做了厚涂型防火涂料,柱间支撑可采用薄涂型防火涂料吗?
邹安宇
2023, 38(9): 56-56.
摘要: