可装配式木结构课件.docx

新型可装配式木结构的研究及应用 摘要：随着我国综合国力日益增强、经济健康发展,特别是人们收入水平提高以及绿色健康住宅概念的流行，但目前采用的钢筋混凝土性能具有较大的局限性，属于不可再生资源，不利于环境的发展，而可装配式木结构由于其优越的性能和再生性而被人们所青睐，他具有装配简单、抗震性能好、质轻的特点，性价比也比较高。 论文对可装配式木结构房屋利用结构分析软件 SAP2000 进行模态振型工况、不同荷载组合下内力及变形工况、抗震性能工况以及施工阶段数值模拟工况等结构分析。建模时，参考国内外学者的经验，对轻型木结构材料、构件单元以及连接点的属性进行定义，并说明模型存在的问题，并提出完善模拟需要的进一步研究。 关键词：钢筋混凝土的局限性、可装配式木结构、SAP2000有限元分析、木结构的发展及应用 引言：随着技术的发展，计算机技术在生产生活中占据着越来越大的比例，计算机数值模拟技术在科研中占据着越来越重要的地位，目前建筑行业结构分析主要存在着FEM（有限元分析）理论[1,2]、BEM（边界元分析）理论[3]、 FDM（有限差分分析）理论[4,5]，这些理论的应用趋势主要为有限元分析理论，主要为三个阶段：建模阶段、单元化以及单元分析、评价和概述。SAP2000软件集结构分析和设计软件功能于一体，在开始时有多种自动模板供用户选择，在独特的形势下建模分析，参数输入和模型建立的形式易于理解和接受[6,7], 因而本实验采用SAP2000对相同结构下的钢结构和木结构建模运算分析，比较其抗震性能，实验证明，可装配式木结构具有优秀的抗震性能，与此同时也具有相对环保节能的效用，因而木结构在未来的建筑中将会占有很大市场。 钢结构的建模分析[8] 建模前参数准备：本实验采用钢架结构为Q345的钢材，柱为500*500㎜的箱型钢，梁为400*200㎜的箱型梁。 实验加载 本实验建立了以6*6m为底，以3m为一楼的两楼小洋房模型，如下图所示(a)所示，用上述实验参数用作实验建模基础，本实验采用有限元分析，对模型采取施加静力荷载(图b)，施加地震波(图c)，模拟其在荷载和地震波的作用下的工作状态和破坏机理，然后进行数据统计。 图a 图b 图c 实验数据 本实验分别对木结构进行了地震波加载和静荷载加载，本实验对梁的静荷载为1800KN，在静荷载为1800KN时，木结构作为一种弹性材料，表现出一定的弯曲状态，本实验采用地震波的频率为0.02s的时程函数，最大峰值处加速度为748.89。 地震波的形态及参数如下图所示 实验结果分析（地震波处于最大峰值时） 2-2方向弯矩图和弯矩数值图 2-2 方向弯矩包络图和弯矩值包络图 3-3 方向弯矩图和弯矩数值图 3-3方向弯矩包络图和弯矩值包络图 可装配式木结构的建模[9] 建模前参数准备： 本实验的原材料为可装配式木结构，柱的截面为500*500㎜，梁的界面为400*200㎜，木材的横纹弹性模量为0.03GPa，顺纹弹性模量 10GPa，顺纹剪切模量为0.5GPa，横纹剪切模量为0.45GPa，木材密度为400㎏/㎡，重度为3920N/m3，泊松比为0.3。 建模：本实验建立了以6*6m为底，以3m为一楼的两楼小洋房模型，如下图所示(d)所示，用上述实验参数用作实验建模基础，本实验采用有限元分析，对模型采取施加静力荷载(图e)，施加地震波(图f)，模拟其在荷载和地震波的作用下的工作状态和破坏机理，然后进行数据统计。 图(d） 图(e) 图(f) 实验数据:本实验分别对木结构进行了地震波加载和静荷载加载，本实验对梁的静荷载为1800KN，在静荷载为1800KN时，木结构作为一种弹性材料，表现出一定的弯曲状态，本实验采用地震波的频率为0.02s的时程函数，最大峰值处加速度为748.89。 地震波形图 实验结果分析（处于最大地震波时） 2-2方向的弯矩图 2-2方向弯矩包络图和弯矩数值包络图 3-3方向当的弯矩图 3-3方向的弯矩包络图和弯矩包络数值图 部分节点受力表格，共划分156个节点，所以只选出部分 木结构和钢结构的对比 从以上实验记录，我们可以看到木结构的变形虽然比钢材要大，但是它所受到的弯矩远小于钢材所受弯矩，同时因为木材的密度，木结构建筑整体自重较钢筋混凝土轻，大约为其1/5~1/2，也就是说在受到相同的作用效应时，同等轻型木结构房屋产生的地震作用效应相对较小。同时本模拟实验在建模分析时，为了保守起见木质材料的阻尼比见取值为?0.05，是常见的四类普通建筑结构材料中最大，所以其在受到相同地震作用时，耗散的地震能量也最大，受到的破坏也较小，居住安全性能也最