结构保温板(SIP)楼板抗弯性能研究

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现代木结构是装配式建筑的主要代表形式之一,在节能减排方面表现优异,是实现建筑业可持续发展的可行选择。结构保温板(Structural Insulated Panels,SIP)建筑作为一种新型现代木结构体系,具有轻质高强、保温节能、施工快速、设计柔性大等特点,可为我国现代木结构建筑的推广应用提供新的技术理念。然而,现有研究尚未对SIP楼板的抗弯性能进行准确评估,导致SIP建筑在我国的推广过程中受到了一定阻碍。本研究设计了5个足尺SIP楼板,采用试验研究与有限元模拟相结合的方法探究了不同因素对其抗弯性能的影响。此外,考虑到轻型木结构楼板在我国现代木结构中应用较为广泛,且结构形式与SIP楼板较为相似,本研究同步设计了2个足尺轻型木结构楼板,对比分析了SIP楼板与轻型木结构楼板的承载能力。研究成果可为SIP楼板的应用及标准的制定提供参考,推动SIP建筑在我国的发展。主要工作及研究成果如下:(1)通过试验对比研究了SIP楼板和轻型木结构楼板的抗弯性能,试验结果显示:对比轻型木结构楼板,单板层积材(Laminated Veneer Lumber,LVL)花键与规格材花键SIP楼板极限状态下破坏程度较低,破坏后仍具有较高承载能力;相同厚度下,LVL花键SIP楼板承载能力最好,规格材花键次之,极限荷载分别为288.11k N和239.20k N;规格材花键SIP楼板的花键厚度由185mm增加至235mm及235mm增加至286mm时,极限荷载分别提高41.36%和23.50%;花键、搁栅厚度相同,分别为185mm和235mm时,规格材花键SIP楼板的承载能力为轻型木结构楼板的2.8倍和1.9倍。(2)采用ABAQUS软件构建了有效的LVL花键SIP楼板模型,并利用变参数研究分析了花键宽度和厚度、面板厚度、边界条件、楼板跨度和宽度等因素对LVL花键SIP楼板的抗弯性能的影响,研究结果显示:增大花键厚度和宽度及采用固支的边界条件都可以有效提高LVL花键SIP楼板的抗弯性能,增大面板厚度可以小幅提高抗弯性能;增大跨度会显著降低SIP楼板的承载能力,宽度的改变对楼面均布荷载几乎无影响,但花键厚度为185mm、235mm和286mm的LVL花键SIP楼板宽度每增加1220mm,极限荷载分别平均增加65.07k N、85.35k N和109.57k N。(3)采用ABAQUS软件构建了3种有效的规格材花键SIP楼板模型,进一步基于我国建筑模数获得了不同规格尺寸的规格材花键SIP楼板在各容许挠度下的楼面均布荷载,为SIP楼板标准的制定提供了一定参考。同时,明确了楼板跨度、宽度和厚度和规格材花键SIP楼板在各容许挠度下楼面均布荷载之间的关系,结果显示:规格材SIP楼板在各容许挠度下的均布荷载随跨度增大而显著降低,但宽度的改变对楼面均布荷载几乎无影响。
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