冷弯薄壁住宅钢结构的潜在市场及相关设计理论研究

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改革开放以来,我国住宅建设发展很快。随着人口增长和城市化进程的加快、人们生活水平的提高以及国民经济的发展,引发并刺激了对住宅的巨大需求。而我国传统的砖石住宅结构体系采用的是高投入、高消耗、高污染的落后增长方式与低工效、低功能、低质量的生产局面,已不能满足市场、消费者的要求和建筑"可持续发展"的时代主题。冷弯薄壁住宅钢结构以冷弯C型钢龙骨结构体系为代表,采用经济型材冷弯型钢为承重骨架,以轻型墙体材料为围护结构所构成。由于冷弯型钢有较高的强度重量比和能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形式,使其具有明显的综合经济效益。又由于钢材本身所具有的特点,使得该体系易于实现产业化生产和满足"可持续发展"的要求。特别是在禁止使用实心粘土砖之后,作为传统住宅结构体系的理想替代品,冷弯薄壁住宅钢结构发展潜力巨大。由于冷弯型钢截面开展,各组成板件的宽厚比往往较大,截面容易凸曲。为了用料经济,允许板件产生局部失稳,其承载能力以利用板的屈曲后强度为特点的"有效宽度"方法来计算。本文分析了国内外关于冷弯型钢屈曲后强度的有效宽度计算理论,通过理论分析和计算对比发现,按我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算的板件有效宽厚比值较北美规范低,特别是对于厚度小于2mm的大宽厚比板件,其差异更明显。对于受压板件的壁厚,我国规范采取的是既限制板件宽厚比又限制最小板厚的规定,其限制较北美同类规范偏严。随着生产的发展,我国薄钢板的生产能力已大大提高,限于生产能力和防腐能力而对最小壁厚作出的构造限制已不符合当前生产和技术发展的需要。本文在对比我国规范与北美规范在板件壁厚方面限制造成的用钢量差异基础上,对国产钢材冷弯薄壁型钢受压构件进行了足尺实验。在理论分析及实验研究的基础上,提出了取消壁厚限制,只限制板件宽厚比的建议,可供编制《重庆市轻型钢结构住宅技术规程》参考。
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