冷弯薄壁型钢结构住宅体系组合墙体抗震性能研究
钢结构住宅的发展及技术研究
文◎
垒
汪海峰 （ 西省钢 结构网架质量检验 中心 江
鱼 曼量鱼 霍 鱼鱼 垦圈 警 旨 区 圈
江西抚州 ）
ｃ ｒ、 Ｓ 、Ｐ 元 素 ） ， 使 钢 材 的 金 相 组 织 发 ｉ 等
钢 结 构 住 宅 的 发展 及 技 术研 究
摘要 ：本文 首先研 究 国内外钢 结构住 宅 的发展现 状 ，介 绍 了钢结构住 宅 的特点及 其 结构形 式 ，对钢 结构住 宅存在 的技 术 问题 进 行 了分析 ，并展 望我 国钢结 构住 宅产业化 的 发展 前 景 。
墙 体 围护 材 料 ， 不 易 霉 变 ， 不 易 虫 蛀 ，在 保 蚀 涂 料 或 油 漆 ， 或 采取 镀 锌 处理 。 ４ ３ 标 准 规 范 问题 ． 由 于 我 国 发 展 钢 结 构 住 宅 仅 仅 只 有 十 几 年 的 历 程 ， 钢 结 构 住 宅 技 术 体 系 还 不 够 成
熟 ，钢 结构住 宅标准 规范 零散而 不系统 ，技 术水平 参差不 齐 ，工 业化程 度不 高，还 需进 步 研 究 创 新 并规 范化 。 ５ 、我 国 钢 结 构 住 宅 的 前 景 展 望 目前 ， 国 内 的建 筑 业 生 产 效 率 较 低 ， 尚属劳 动密集 型产业 ，而钢 结构住 宅属 于高 技 术高 效率 的产业 ，加快对 钢结构住 宅 的研 究，将 促进建筑 业 向技术密 集型产业 转化 ， 并 将带动 建材 、冶金 、机械 尤其是钢 铁企业 的发 展 。 中 国钢结 构协会 编制 的 《 ０ ９ ２ １年 ２０—０２ 钢 结构行 业态势 运行发 展趋 势预测报 告》指 出， “ 能减排 ”继续 成为我 国经济 发展 的 节 项 重 要 工 作 ， 是 可 持 续 发 展 的 一 项 基 本 国 策 ， 因 而 具 有 节 能 、 环 保 、绿 色 优 势 的 钢 结 构被 市场 看好 。按照早 先 中国钢 结构 协会制 定 的 《 结构行 业 “ 一五 ”发展规 划建议 钢 十 书 》显示 ，２ １ 年钢结构 产量将 达￣ ２ ０ 万 ０Ｏ １６ ０ Ｊ 吨 。 而 根 据 目前 掌 握 的 资 料 计 算 ， ２ １ ｔ 我 ０ｏＶ 国钢 结 构 行 业 拟 达 ３ ０ 万 一 ０ ０ 吨 制 造 能 ００ ４０万 力 ， 说 明 我 国 钢 结 构 行 业 存 在 着 较 大 的 发 展
钢结构住宅技术其发展
钢结构住宅技术及其发展探讨摘要：钢结构住宅是一种符合“绿色生态建筑”特征的结构形式。
其特点是自重轻、地基造价低、占地面积小、工业化程度高、外形美观、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染相对轻等优势。
指出了该结构及其技术的应用，不仅具有较好的综合经济效益，而且是今后住宅建筑业的发展方向。
关键词：钢结构住宅；绿色生态建筑；特点及性能；发展趋势abstract: the steel structure housing is with a “green ecological architecture” characteristics of the structure. its characteristic is light weight, foundation low cost, cover an area of an area small, high degree industrialization, appearance beautiful, construction period is short, the seismic performance is good, the investment recycling fast, environment pollution relatively light and other advantages. points out the structure and the use of technology, not only has good overall economic efficiency, and is the development direction of the future housing construction.keywords: steel structure housing; green ecological architecture; features and performance; development trend中图分类号: tu7文献标识码：a文章编号：t2012-03（03）8016 钢结构住宅是以工厂化生产的h型钢梁、钢柱（包括h型钢柱、钢管柱、箱形柱、钢骨混凝土柱或圆、方或矩形钢管混凝土柱）为承重骨架，同时配以新型轻质的保温、隔热、高强墙体材料作为围护结构，并与功能配套的水暖电卫设备优化集成的节能和环保型住宅。
3d3s冷弯薄壁钢住宅结构计算
在撰写本文前，我会先对3D3S冷弯薄壁钢住宅结构进行全面评估，并据此深入探讨该主题。
在文章中，我将以从简到繁、由浅入深的方式来讨论这一主题，帮助您更深入地理解。
我会多次提及3D3S冷弯薄壁钢住宅结构的相关内容，并在文章中包含总结和回顾性的内容，以便您能全面、深刻和灵活地理解这一主题。
我也会共享我的个人观点和理解。
3D3S冷弯薄壁钢住宅结构计算1. 概述3D3S冷弯薄壁钢住宅结构是一种先进的建筑结构模式，它采用冷弯薄壁钢构件，结合3D3S建模软件进行计算和设计，是一种新型的住宅建筑技术。
冷弯薄壁钢具有高强度、轻质、可回收利用等优点，因此在住宅建筑领域具有广泛的应用前景。
在本文中，我将深入探讨3D3S 冷弯薄壁钢住宅结构的计算方法和相关内容。
2. 结构计算3D3S冷弯薄壁钢住宅结构的计算是其设计的重要环节，它涉及到结构的稳定性、承载能力、变形等多个方面。
在进行结构计算时，首先需要对建筑的受力情况进行分析，包括受力形式、受力点、受力大小等。
然后通过3D3S软件进行建模，进行各种荷载的计算和分析，包括静载荷、动载荷、风荷载等。
在计算过程中，需要考虑结构的整体性、刚度、稳定性等因素，确保结构在受力情况下不会出现失稳或破坏。
在计算过程中还需要考虑结构的变形情况，包括挠度、位移等，以确保建筑在使用过程中不会出现过大的变形。
3. 设计标准在进行3D3S冷弯薄壁钢住宅结构的计算时，需要参考相关的设计标准和规范，确保结构的安全可靠。
目前，国内外都有针对冷弯薄壁钢结构的设计规范，包括《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》等。
在进行结构计算时，需要严格遵守这些规范的要求，对结构的各个方面进行计算和分析。
也需要综合考虑建筑的使用要求、环境要求等因素，确保结构设计满足相关的要求和标准。
4. 个人观点和理解在进行3D3S冷弯薄壁钢住宅结构的计算时，需要充分考虑结构的整体性、稳定性、安全性等因素，确保结构在使用过程中能够满足相关的要求。
开口冷弯厚壁型钢轴压构件抗震性能研究
开口冷弯厚壁型钢轴压构件抗震性能研究付小超;李元齐;沈祖炎【摘要】为研究开口冷弯厚壁型钢构件在轴向滞回荷载作用下的抗震性能,首先选取了3根壁厚t>6 mm的冷弯内卷边槽钢进行轴向滞回试验,然后建立相关的ANSYS有限元模型进行模拟计算,在与试验结果对比的基础上,选取了不同的腹板宽厚比(h/t=25~90)、绕弱轴长细比(λy=30~90)的构件进行参数化分析计算.研究结果表明:宽厚比、长细比是影响冷弯型钢抗震性能的两个主要因素,宽厚比(h/t)越大抗震性能越差,长细比(λy)越大抗震性能同样也越差,设计时应尽量避免选择长细比和宽厚比均较大的构件.%In order to investigate the hysteretic behaviors of opening cold-formed thick-walled steel members under the axial cyclic loading, three cold-formed steel columns were tested. On the basis of compared with the test results, a finite element method ( FEM) in ANSYS was established. The in-fluence of width-thickness ratio ( h/t) rang from 25 to 90 for web and slenderness ratio about the weak axis y (λy ) rang from 30 to 90 of such members were investigated by FEM. Analysis results in-dicated that the width-thickness ratio and the slenderness ratio about the weak axis y are the most important factors to affect the hysteretic behaviors. So, the cold-formed steels which with great width-thickness ratio ( h/t) and great slenderness ratio (λy ) should be avoided in designing, because they will lead to poor seismic performance.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】冷弯厚壁型钢;滞回;抗震性能;宽厚比;长细比【作者】付小超;李元齐;沈祖炎【作者单位】同济大学土木工程学院,上海200092;同济大学土木工程学院,上海200092;同济大学土木工程学院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU392.1建筑业是冷弯型钢最主要的用户，国外发达国家建筑业用冷弯型钢已占其建筑用钢的40%～70%[1]。
无比钢结构体系住宅组合墙体受剪性能分析
１ 分 析 模 型 与 计 算 方 法
１ １ 试 件献 ［ ］ 足 尺试 验 模 型 ， ２的
墙体 尺 寸为 ３ ６ｍ×３ ０ｍ（ ×宽 ） 方 钢 管 为冷 弯 ． ． 高 ，
薄壁 型 钢 管 ， 格 为 ３ 规 ８ ｍｍ ×３ ８ｍｍ× １ ２ ｍｍ × ． １ ２ｍｍ； 梁 和 底 梁 为 冷 弯 薄 壁 槽 钢 ， 格 为 ． 顶 规 ２ ０ｍｍ×３ ４ ８ｍｍ×Ｉ ５ ． ｍｍ， ３Ｉ ； 长 钢材 的屈 服强 度 ｎ 厂 一２ ９ ６Ｎ／ ｙ ９ ． ｍｍ 墙 面 板 采 用 １ ； ２ｍｍ 厚 的纸 面 石
维普资讯
［３ － 中单调 加载 作用 下 的试 件进 行 模 拟 分 析 ： 用 塑 ｅ 采
性 壳 单元 ｓ ｅ ｌ １模 拟 墙 面 板 ， ｅｍ１ ８模 拟 墙 架 ｈｌ ８ ｌ ｂａ ８ 柱， 构件 的材料 特性 见 表 １所 列 ； 接件 （ 连 自攻 螺 钉 ）
采用 耦合 的办 法处理 ， 考虑 墙 面板与 墙架 柱之 间 的 不
在钢 筋混凝 土 梁上 。 按上 述理 论模 型 ， 用 Ａｎ ｙ 通 用 程序 ， 文 献 采 ｓｓ 对
无 比钢 结构 住宅 组 合 墙 体 的受 剪 承 载力 与 墙 架 柱 和墙 面板 的材 料 以及 尺 寸 、 体 的高 宽 比、 架 柱 墙 墙
间距 等 诸多 因素有 关 ， 得 其 理 论 计 算 相 当 困难 ， 使 目
有 限 元 方 法 分 析 了不 同 墙 面 板 材 料 、 同墙 架 柱 间距 、 同墙 体 高 度 等参 数 对 组 合 墙 体 承 载 力 的 影 响 。分 析 结 果 表 明 ， 面 板 材 不 不 墙 料 特 性 对 组 合 墙 体 受 剪 承 载力 有 显著 影 响 。 关键词 ： 比钢轻钢龙骨； 无 组合 墙 体 ； 受剪 承 载力 ； 线 性 有 限 元 非
低层冷弯薄壁型钢结构住宅经济性能分析
分析 ， 并与钢筋混凝 土结构 住宅 和砖混 结构 住宅进行 了对 比， 说
明轻型钢结构体系在住宅领域具有较好 的经济效益和社会效益。
１ 工 程实例
杭州绿城・ 桃花源南区别墅为 ２ 主要结构形式为冷弯薄 层，
壁型钢结构体 系。首批房型共 ８栋 ， 建筑 面积如表 １ 所示 。
２ 主 要技 术经 济指标及 对 比分析
约 １５０ ｔ ０ 万 标准煤 ， 少供 热锅炉 容量 ２００ｔｈ节 约红砖 约 减 ０ ／， １０ 万ｍ（ ０ ５ ３ 换算为 ７ 亿块）并由于墙体减薄而增加使用面积 ６ ，
以 Ｐ Ａ 为例（ Ｌ． ￣ 见图 １ ， ）同样的建筑改为混凝 土框架结构 ， 假 定柱子截面为 ２０ｍｍ￣２ ０ｒ ｎ外墙及承重墙厚度为 ２０ｒｌ， ４ ４ ｌ。 ｎ ４ ｎ 内 ｎ 隔墙厚度 约 １ ０１Ｉ， ２ ＩＩ ＴＴ 计算得 使用 面积 为 ３ ６ ６ 。 ４ ．８ｍ２ 若该建筑 采用砖 混结 构 ， 外墙及承重墙 厚度为 ３ ０ＩＴ， 承 ７ ｌ 非 Ｙｌ ｌ
３０ ７ 万ｍ ， ２节能投资可在 ２ 年－３ 年内回收， 有显著的经济效益和 社会 效益。可 见 ， 弯薄 壁 型钢结 构 住宅 有 良好 的保 温隔 热性 冷
Ｉ 使用面积／ ２ ３０１ ３０６ ３７０ ３７ ７ ３７３ ３２８ ３３２ ３２６ 总 ｍ ５．ｌ ７． ０ ７． ０ ７． ５．ｌ ４． ８ ５ ６． ７ ８ ２
『 使用率／ ％ ８ ７９ ８ ９９ ８１ ８ ３ ８ ＆３ ８ ７４ ８ ． ６３ ８ ． ６２ ８ ． ８８
保得板 ， 厚约为 １０ｍ 大 部分 内承重 墙构造 同外墙 ； 墙 ６ ｍ； 部分 内 册计算得墙体有效传热系数为 ０ ３２而内外抹灰的 ２０ＩＴ砖 ．４ ， ４ ｌ Ｙｌ ｌ 承重墙 ， 因为受力或构造需要 ， 龙骨采用 ８ｉ． １ ． Ｃ型钢 ， 或 ０ｉ 的 ｎ ｎ 墙和 ３０Ｉｌ砖 墙的传热 系数分别 为 ２ ０ ７ ｌｌ ＹＴ ．９和 １ ５ ， 别是轻钢 ．６分 加上内外蒙皮 ， 厚度分别为 ２３ｍｍ或 ２５ｍ 内隔墙龙骨为 ３５＿． ２ ７ ｍ， ． ｍ 墙体 的 ６ 和 ４ ５倍 ［ｌ 倍 ． ３。根据黑龙 江 、 吉林 、 辽宁 、 北京等省市 的 的 Ｃ型钢 ， 双面蒙 皮 ８Ｙ ｌ 的保 得板 ， ｌ 厚 ＩＴ ｌ 厚度约为 １０ ｍ； １ 根据计 ｍ 预测结果， 本世纪后 ｌ 年内， ０ 仅通过在新建住宅建筑中采用高效 算， 杭州 ８ 个户型的使用面积及使用率如表 １ 所示。 保温材料（ 如岩棉） 的复合墙体及复合屋面一项措施 ， 即可相应节
钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展
㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的主要结构材料是冷弯薄壁型钢，这种钢材具有良好的塑性、韧性和可满足性能要求等特点。
它具有强度高、刚度好的优点，可以较好地承受外力和变形。
此外，冷弯薄壁型钢还具有施工简便、成本低、可回收再利用等特点，与传统混凝土结构相比，具有更好的环保性。
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的主要优势在于其轻量化特点。
冷弯薄壁型钢结构较传统结构轻量化70%以上，减轻了建筑物自重，可以降低地基工程投资，并且对于施工要求不高的地盘，减少了施工风险。
此外，低层冷弯薄壁型钢结构采用工业化生产模式，加快了施工进度，减少了施工周期。
此外，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系还具有良好的性能，如耐震性能、耐腐蚀性能和隔声性能等。
冷弯薄壁型钢结构可以经受住地震的振动，能够在地震中保持结构的完整性和稳定性。
同时，低层冷弯薄壁型钢结构具有较强的抗腐蚀能力，能够在潮湿环境中长期使用。
此外，冷弯薄壁型钢结构能够有效地隔声，提供了良好的室内舒适度。
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系在国内外都有广泛应用的前景。
在国内，随着人们对节能环保、住宅品质提升的要求日益增加，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系能够满足这些要求，逐渐受到人们的关注。
在城市更新和新城建设中，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系可以更好地适应大规模工业化生产的需求，提高建筑质量、降低建筑成本。
同时，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系在海外市场也有广阔应用前景。
许多国家都面临着老龄化和人口过剩的问题，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系可以通过自动化生产、标准化设计等手段提高建筑效率，满足人们对于快速建筑和高品质住宅的需求。
综上所述，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系具有轻量化、节能环保、施工便捷等优点，适应了人们对于高品质住宅的需求。
在未来的建筑领域中，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系将有着广阔的应用前景，并将成为住宅建筑的主流趋势。
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在 满 足 承 载 能 力 的 条 件 下 ， 合 墙 体 骨 架 截 面 尺 寸 的增 大 对 提 高 墙 体 的抗 震 承 载 能 力 没 有 效 果 ， 延 性 系 数 和 耗 组 但 能 系 数 有 所 提 高 ． 面 覆 板 的 组 合 墙 体 的 抗震 承载 能 力 是 单 面 覆 板 组 合 墙 体 的 抗 震 承 载 能 力 的 ２倍 ， 延 性 系 数 双 且 和耗能系数提高很多．
２１ ０ １年 ９月
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｅ ｎ ｏｉ ｉｅ ｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｎ ｒＭｏ ｇ ｌ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｙ
Ｓｅ ｔｍｂｅ ， ｐｅ ｒ２０１ １ Ｖｏ． 】３０． Ｎｏ． ３
第３ Ｏ卷 第 ３期
文章 编 号 ：０ ５— ２ ５ ２ １ ） ３— ２ ３一Ｏ ２ ９ ２ ９ （０ １ ０ ０ ５ ５
冷弯薄壁型钢结构住宅体系组合墙体抗震 性能研究
赵 根 田 王 军。 赵 雅 丽 陈 明 ， ， ，
（． １ 内蒙 古 科 技 大 学 建 筑 与土 木 工 程 学 院 ， 内蒙 古 包 头 ０ ４ １ ；． １００ ２ 内蒙 古 包 钢 医院 ， 内蒙 古 包 头 ０４１ ） １０ ０
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中 图分 类 号 ： Ｕ ９ ． Ｔ ３２ １ 文 献 标 识 码 ： Ａ
摘 要 ： 为了研究冷弯薄壁钢结构住宅组合墙 体抗震性 能， 对四面组合墙 体进 行了竖向和水平低周反 复加载试验 ， 得到 了几种组合墙体的抗震承载 能力指标和位移延性系数 、 耗能 系数 Ｅ等抗震性 能指标． 试验 分析结果都表明 ，
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｅｓ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆｃ ｍ ｐ ｓｔ ｌ ｔ ｄ ｎ ｓ ｉｍ ｃ ｐ ｒｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉ ｗａｌ ｅ
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