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

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

孙怀拴, 曹宝珠, 陈志华, 刘佳迪. 冷弯型钢-秸秆草砖结构体系抗震性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(9): 9-18. doi: 10.13206/j.gjgS23040402
引用本文: 孙怀拴, 曹宝珠, 陈志华, 刘佳迪. 冷弯型钢-秸秆草砖结构体系抗震性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2023, 38(9): 9-18. doi: 10.13206/j.gjgS23040402
Huaishuan Sun, Baozhu Cao, Zhihua Chen, Jiadi Liu. Study on Seismic Performance of Cold-Formed Steel-Straw Bale Structure System[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(9): 9-18. doi: 10.13206/j.gjgS23040402
Citation: Huaishuan Sun, Baozhu Cao, Zhihua Chen, Jiadi Liu. Study on Seismic Performance of Cold-Formed Steel-Straw Bale Structure System[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2023, 38(9): 9-18. doi: 10.13206/j.gjgS23040402

冷弯型钢-秸秆草砖结构体系抗震性能研究

doi: 10.13206/j.gjgS23040402
基金项目: 

国家重点研发计划(2019YFD1101003)

海南省重大科技计划(ZDKJ201803)

详细信息
    作者简介:

    孙怀拴,男,1986年出生,博士研究生,高级工程师,hssun@tju.edu.cn

    通讯作者:

    曹宝珠,男,1970年出生,博士,教授,caobaozhu@vip.163.com。

Study on Seismic Performance of Cold-Formed Steel-Straw Bale Structure System

  • 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。
  • [1] 曹宝珠,赵月明,段文峰,等.新型轻钢-秸秆草砖节能住宅在东北农村地区应用的可行性分析[J].新型建筑材料,2010,37(7):34-36.
    [2] Sun H S,Cao B Z,Chen Z H.Experimental study on mechanical properties of straw bale[C]//Tenth International Conference on Advances in Steel Structures (ICASS’2020).Chengdu:2022:148-160.
    [3] Chen Z H,Sun H S,Cao B Z.Experimental study on seismic behavior of cold-formed steel shear walls with reinforced plastered straw-bale sheathing[J/OL].Thin-Walled Structures,2021,169[2022-10-08].https://doi.org/10.1016/j.tws.2021.108303.
    [4] Sun H S,Cao B Z,Chen Z H,et al.Shear behaviour of reinforced straw-bale plaster sheathed cold-formed steel-framed shear walls[J].Biosystems Engineering,2022,221:54-68.
    [5] Shamim I,DaBreo J,Rogers C A.Dynamic testing of single- and double-story steel-sheathed cold-formed steel-framed shear walls[J].Journal of Structural Engineering,2013,139(5):807-817.
    [6] Chu Y P,He X R,Yao Y,et al.Experimental research on the shear performance of the two-story composite cold-formed thin-walled steel wall[J].KSCE Journal of Civil Engineering,2020,24:537-550.
    [7] Wang X X,Ye J H.Cyclic testing of two-and three-story CFS shear-walls with reinforced end studs[J].Journal of Constructional Steel Research,2016,121:13- 28.
    [8] 王秀丽,褚云鹏,姚勇,等.超薄壁冷弯型钢C型墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2015,48(7):50-59.
    [9] Ayhan D,Schafer B W.Cold-formed steel ledger-framed construction floor-to-wall connection behavior and strength[J].Journal of Constructional Steel Research,2019,156:215-226.
    [10] 石宇,韩宇,肖文,等.壁挂式冷弯型钢结构双层组合墙体抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2021,42(2):71-81.
    [11] 姚欣梅,周绪红,石宇,等.六层足尺冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构抗震性能振动台试验研究[J/OL].建筑结构学报,2022,43[2022-07-12

    ].https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0013.
    [12] Peterman K D,Stehman M J J,Madsen R L,et al.Experimental seismic response of a full-scale cold-formed steel-framed building.Ⅰ:system-level response[J/OL].Journal of Structural Engineering,2016,142(12)[2022-10-08].http://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001577.
    [13] Shahnewaz M,Dickof C,Tannert T.Seismic behavior of balloon frame CLT shear walls with different ledgers[J/OL].Journal of Structural Engineering,2021,147(9)[2022-10-08].http://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0003106.
    [14] Chen Z Y,Popovski M.Mechanics-based analytical models for balloon-type cross-laminated timber (CLT) shear walls under lateral loads[J/OL].Engineering Structures,2020,208[2022-10-08].https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109916.
    [15] 中华人民共和国住房和城乡建设部.低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程:JGJ 227—2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
    [16] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范:GB 50011—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.
    [17] Hsiaw J S.Seismic load-resisting capacity of plastered straw bale walls[D].Berkeley:University of California,2009.
    [18] Kose M M,Karslioglu O.Effect of infills on high-rise buildings:a case study[J].Structural Design of Tall and Special Buildings,2009,18:907-920.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  163
  • HTML全文浏览量:  30
  • PDF下载量:  8
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-04
  • 网络出版日期:  2023-10-20

目录

    /

    返回文章
    返回