新型冷弯超薄壁型钢龙骨结构建筑体系分析-analysis of new cold-formed ultra-thin wall steel keel structure building system.docxVIP

1绪论1.1本文研究的目的及意义研究背景建筑用钢结构一般分为两种，一种是由热轧型钢或热轧钢板焊接型钢连接构成的重钢结构建筑，一种是由薄钢板经机械冷弯后形成的各种截面形式的冷弯型钢构件，连接组合形成冷弯薄壁结构体系即轻钢结构体系。这种从19世纪50年代发展于美英两国建筑结构体系，经过近六十的发展，受到了世界建筑领域的青睐，得到了广泛而长足的发展[1]。冷弯薄壁结构体系相对于传统的砖混结构、钢筋混凝土框架结构等建筑结构体系具有自重轻，抗震性能好，较少或无湿法作业，适宜工厂化模块生产，施工周期短，房屋格局布置灵活，建筑垃圾少，构件可重复使用，对环境的污染接近于零等特点，是一种绿色环保型建筑体系[2]。冷弯薄壁型钢主要由0.5mm～3.5mm厚的彩色钢板、普通钢板或镀锌钢板经冷压或冷弯而成。以C型，U型，Z型，矩形为基本截面形状，配有各种加劲形式的复杂截面形状，曾大截面惯性矩，提高截面承载力。冷弯型钢过去多用于非结构构件，如屋面、货架、檩条等。随着冶金技术和冷弯成型技术的发展，越来越多的国家将冷弯型钢作为承重结构运用在低层、多层工厂和民用建筑中，逐渐形成了现在的冷弯薄壁型钢结构建筑体系。冷弯薄壁钢结构体系可分为冷弯薄壁龙骨结构体系、冷弯薄壁纯框架体系、冷弯薄壁钢框架──支撑结构体系、钢框架-剪力墙结构体系等四种[3]，他们有着广泛的共同点和结构形式的不同：纯框架结构与钢筋混凝土框架结构相似，完全采用框架来承担荷载和抵抗剪力，框架主要由矩形轻钢，H型轻钢构件承担。纯框架结构体系建筑一般由基础、框架梁柱、刚性节点、轻质墙体、压型钢板楼板、屋面板等组成。冷弯型钢框架结构多用于多层钢结构住宅。钢框架--支撑结构体系是将框架体系中的部分柱之间连接竖直支撑，形成支撑框架，构成双重承重结构体系，其中的斜支撑杆不但承担了部分竖向荷载，亦可提高框架柱的结构稳定性，还可以承担水平风荷载和地震荷载等水平荷载。构建的房屋越高，框架—支撑结构体系建筑相对于纯框架结构体系成本越低。钢框架—剪力墙结构体系，在钢框架中安装剪力墙，这样制作的结构体系可大大提高结构体的抗水平荷载刚度，其作用效果与支撑框架结构类似。轻钢龙骨结构在西方国家应用较多，技术发展的较为成熟，近几年才在我国发展起来，它一般是由冷弯C型钢立密柱与天地龙骨组合连接形成的结构体系，在工厂加工成结构板块，并在现场直接安装，它受力状况良好，质量轻，结构简单且施工现场可无湿法作业，给水排水及电、暖的布置可与骨架同时安装施工，省时高效，已经成为主流轻钢结构建筑体系。研究内容本人在导师的指导下研究开发了一套新型冷弯超薄壁钢龙骨结构体系。本体系率先采用壁厚为0.3mm屈服强度550MPa的高强镀锌钢板冷弯成型，开发了新的截面形式，成材设备，新的连接节点和连接形式，填补了该领域国内外的空白，形成了一套具有自主产权的新型冷弯超薄壁龙骨建筑结构体系成套技术。本文以新型冷弯超薄壁龙骨结构低层建筑为研究对象，按照普通建筑的生产、制造、建设、设计的顺序对其各种构件进行系统研究，意在完善设计规范的不足，研究出新型冷弯超薄壁型钢结构体系的成套技术推向市场。研究内容主要有：1，新型结构体系的研究，将课题研发的新型冷弯超薄壁结构体系系统全面的阐述介绍，对比其他冷弯薄壁型钢结构体系，突出新型钢结构体系的在型材截面形式及连接形式创新型研究。2，研究设计开发新型冷弯超薄壁结构构件的制作工艺、生产技术和制造流程。进一步优化截面，设计出完整的型材构件加工工艺技术。3，研究设计开发安装施工技术。采用从下而上的施工工艺，规范制作方法和施工做法，给出主意事项，为现场的安装施工提供指导。4，研究结构设计计算方式。研究总结出一套适合本结构的结构设计计算方法，弥补我国现行规范尚无法对新型超薄壁冷弯型钢的设计计算进行指导这一不足，并从经济成本等方面出发，对该结构体系建筑进行综合介绍评价。1.2国内外冷弯薄壁型钢结构体系的发展及研究现状1.2.1国外研究现状冷弯薄壁钢结构的运用最早始于欧美发达国家[4]，早期主要应用于简易建筑和汽车制作行业，由于二战爆发，战需品的激增，冷弯薄壁钢结构被广泛应用于战地建筑设施，如营房，医院仓库等，极大的促进了冷弯薄壁钢结构的发展。目前，美国、英国、日本、澳大利亚等发达国家均已经广泛将冷弯薄壁钢结构体系用于住宅建造。目前已经发展出模块化设计生产技术。即不需要设计图纸，业主只需要订购某种户型的房屋或自主设计，承包商可在很短的时间内制作安装完成，交付使用，方便快捷。在美国普通的低层民用住宅中，钢结构住宅所占的比例现在已从不到5%发展到现在的25％左右，其中轻钢结构占65%。据2010年的统计数据，日本的钢结构体系建筑的占有率为30．1％为，其中21．9％为预制房屋。瑞典是当今世界最大的轻钢结构住宅制造国，它们的轻钢结构住宅预制构件达9