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轻钢结构别墅房屋结构材料介绍之-无比钢材料

2014-9-20 17:13| 发布者: 轻钢建筑| 查看: 1191| 评论: 0|原作者: 轻钢建筑

摘要: 无比钢建筑体系在北美及诸多国家已应用19年,是目前世界上唯一采用100%冷弯薄壁型钢建造6层建筑物的技术。该技术体系的建筑构件主体是小型桥架,它是由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁中空方管(矩型管)和三角形的V型连 ...
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钢结构别墅房屋结构材料介绍之-无比钢材料



钢结构别墅房屋结构材料介绍之-无比钢材料



无比钢建筑体系在北美及诸多国家已应用19年,是目前世界上唯一采用100%冷弯薄壁型钢建造6层建筑物的技术。该技术体系的建筑构件主体是小型桥架,它是由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁中空方管(矩型管)和三角形的V型连接件构成,空心结构钢不易扭弯。加上三角形桥架连接方式,力的传递分配均匀,菏载传递系统完整,不会像其他轻钢结构那样,为了支撑横向连接和安装管线,对构件的横截面造成破坏,并由此增加抗扭和抗多向菏载以及水平荷载的能力。此外由于桥架柔韧刚强适当,可以通过变形吸收和消耗大量的外来能量,从而减少了突发外来菏载对建筑物的破坏,提高了材料强度与重量之比,增加了承受菏载。



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无比钢建筑通过三种途径很好地应对消防隐患:第一是结构本身,如局部发生火情,无比钢网架结构通过相邻的桥架获得支撑。第二是桥架本身,桥架的三角形连接使热的传递变为曲线途径,从而可阻止火灾发生时的热量扩散;即便是火势太凶,将一侧的方管烧软,而另一侧的刚性依然不变,仍然支撑着房屋。第三是结合室内装修,在承重构件外包防火性能优良的板材,例如先驱阻燃板。经实测,无比钢承重墙耐火2小时30分钟,达到了国家要求的消防规范。


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二层无比钢结构简介无比钢结构是一 种 新 型 的 钢 结 构 体 系 ,主 要 由 楼 板 、桁 架 梁 、墙 体 和 基础 四 部 分 组 成 . 其结构体系中最基本的单元是小桁架。这种小桁架是由镀锌冷弯高频焊接的轻型薄壁方管(Tubes)(矩形管)和三角形的 V 型连接件(Clips)通过自攻螺丝连接构成,图 1)。桁架上下弦杆为镀锌冷弯方钢管或矩形管,截面尺寸包括 40×40mm、40×60mm和 40×80mm 三种,厚度一般为 1.5mm 左右;V 型连接件分大、中、小三种,C 型截面,厚度为 1.2mm;梁高大致有 150mm、240mm、350mm 三种。用这种桁架可以建造梁、墙、楼板,也可以建造屋顶。楼 板 一 般 由 压 型 钢 板 与 素 混 凝 土 相 互 组 合 而 成 , 压 型钢 板 通 过 自 攻 螺 丝 与 桁架梁上弦连接。

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墙体一般由桁架柱、竹胶板蒙皮及 C 型导轨等三部分构成,如图 2 所示。厚度为 240mm或 150mm,当水平承载力或刚度不能满足要求时,可在墙体侧面增加交叉钢带。墙与地基的连接是用预埋钢筋穿过打孔的槽钢,再用螺母连紧,而上下层的连接是把上、下层墙体的导轨用自攻螺丝连接起来。当水平承载力或刚度不能满足要求时,可在墙体侧面增加钢带。桁 架 柱 上下弦杆为 40×40mm 镀锌冷弯方钢管或矩形管,V 型连接件为中、小号,间距一般在 600mm~900mm 之间。蒙皮一般采用竹胶板,厚度 7.5mm,通过自攻螺丝与桁架片柱相连。桁架梁与墙体的连接方式如图 3。其中,桁架梁上弦方型管(或矩型管)置于墙体上端的 C 型导轨上,并通过角钢 1 和自攻螺丝使两者连接在一起。桁架梁下弦的方型管(或矩型管),仅通过角钢 2 和两颗自攻螺丝与桁架柱弦杆连接。此连接一般只考虑安装方便,不考虑其承载能力。

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另外,在轻钢龙骨墙体的空隙处充填耐火材料中空玻璃纤维棉,达到一般建筑墙体的围护作用外,因其内部特殊的构造形式阻隔热桥,墙体具有极好的隔振、吸音、保温功能.本文计算的二层房屋模型平面尺寸为长 3m,宽 2m(均为边到边),一、二层层高均为3m,模型总高 6m。
2.2在建模时考虑如下简化:
1)考虑几何和材料非线性;
2)体系中包括钢、混凝土及竹编胶合板三种材料。钢材为各向同性材料,可简单用两
段线模拟其应力应变关系。混凝土则简化成各向同性弹性材料,竹编胶合板则假设为正交各
向异型弹性材料,材料各方向的参数可根据试验结果直接输入。
3)整体模型中的桁架柱等效为三维梁单元,桁架柱两端设为铰接。
4)竹编胶合板采用正交各向异性壳单元模拟。
5)钢带可直接采用各向同性壳单元 S4R 模拟,并与桁架柱相互粘接在一起。
6)理论分析时将楼板直接看作是素混凝土层,假设试验模型楼板厚度和实际工程的楼板厚
度相同为 50 ㎜,楼板密度按楼面试验配重质量除以假设确定的楼板体积取值 1800 ㎏/m3,未考虑钢桁架梁的组合作用效果,用三维实体单元 C3D8R 模拟。
2.3 连接支座及网格划分
无比轻钢龙骨整体结构墙体部分使用钢桁架片柱、钢代和竹编胶合板作为蒙皮组成建筑的墙体构件,不同的零件通过自攻螺钉连接,自攻螺钉安装十分密集,在构建墙有限元模型时,应用 ABAQUS 中 Interaction(相互作用)模块来指定在节点自由度之间的约束,定义 Tie 约束模拟钢桁架片柱、钢代和竹编胶合板之间的连接。墙体中的上下导轨为冷弯 C 型截面,厚度 1.0—1.5mm,通过 3 颗以上的自攻螺丝与桁 架 片柱、方柱中 的 方 钢 管 外 侧 相 连 ,同 样 使 用 T i e 约束模拟桁架片柱端部与楼板之间的连接。
设置框架基础为钢节点,定义柱底的节点为刚节点。根据结构的具体情况,结构中梁单元划分网格尺寸为0.6m,壳单元和实体单元划分网格尺寸为 0.3m。结构单元网格划分后如图 8 所示


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ABAQUS 对结构动力模态计算及结果比较
利用上述方法用 ABAQUS 建立整体结构有限元模型,并对模型在不同地震波激励下的动力反应进行了计算,并与实测结果进行了对比。对该模型进行模态分析,得到结构沿长边方向的前两阶振型如图 9 所示,其中第一阶振动频率为5.09Hz , 第 二 阶 振 动 频 率 为14.14Hz。模态分析计算结果与试验模型在不同激励下结构动力特性测量结果比较见表 2。

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结论:无比轻钢龙骨小桁架建筑体系,地震荷载作用下,自震周期较大, 抗震性能好;并且具有空间布置灵活、环保和节能等特点,在我国建筑领域有广阔的应用前景。



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