华侨大学硕士学位论文节能砌块隐形密框墙板受力性能及设计理论研究姓名：李立峰申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：李升才20080501华侨大学硕士学位论文 节能砌块隐形密框墙板受力性能及设计理论研究 I 摘摘 要要 节能砌块隐形密框结构是一种新型结构体系，其特点是轻质、高强、节能、抗震。作为该结构的核心构件，节能砌块隐形密框墙板的性能将决定整体结构性能的优劣，因此对其进行系统的理论研究是十分必要的。 本文在前人研究的基础上，根据节能砌块隐形密框墙板的试验结果，参考相关的文献资料，主要做了以下五方面的工作： （1）对节能砌块隐形密框墙板试验过程进行了简要的论述，分析了墙板变形能力以及主要的破坏模式； （2）在试验结果的基础上，选择合理的单元类型和材料模型，应用 ANSYS 软件， 对节能砌块隐形密框墙板建立有限元模型， 进行非线性分析。将分析结果与试验结果相比较，证明该有限元模型是合理的； （3）通过已验证的有限元模型探讨影响节能砌块隐形密框墙板水平承载力的重要因素。对墙板的剪跨比、轴压比和配筋量等影响因素做了进一步的分析； （4）分别从独立的砌块单元与框格单元，到整体的节能砌块与隐形密框间相互作用进行研究，分析了二者共同受力的机理以及对结构整体的影响。以此为基础，提出节能砌块隐形密框墙板的简化力学模型，并用该模型对墙板试件进行了计算，结果与试验结果吻合较好，说明该模型适用于节能砌块隐形密框墙板的设计； （5）参照相似的结构体系，如配筋砌体剪力墙、框架剪力墙结构等，根据现行规范，对节能砌块隐形密框结构在结构布置、抗震等级等方面进行了概念设计。并提出了墙板的设计方法，作为工程设计参考。 关键词：关键词：节能砌块隐形密框墙板 非线性分析 受力性能 简化力学模型 设计理论 Abstract II Abstract Energy-saving block and invisible multi-ribbed frame structure is a new structure system, characterized by low weight, high strength, saving energy and good seismic performance. As the base part, energy-saving block and invisible multi-ribbed frame wall, it is necessary to carry on further research. Based on the research of the former scholars, the test result of energy-saving block and invisible multi-ribbed frame wall and combined the correlative literature, this thesis is mainly carried on about five parts hereinafter. (1) This paper analyzed the test results, including analysis on deformation capacity and failure model. (2) Based on the test results, the nonlinear finite element theory about the energy-saving block and invisible multi-ribbed frame wall is elaborated, and ANSYS is adopted to establish the finite element analysis model. The contrast of the calculation result and the test data indicates that the textual model is reasonable. (3)The factors which may influence bearing capacity of energy-saving block and invisible multi-ribbed frame wall is theoretically studied with the finite element model, including aspect ratio, axial compression ratio and reinforcement steel ratio. (4)By means of finite element method, the paper studied the interaction between energy-saving block and invisible multi-ribbed frame. And a simplified mechanics model of energy-saving block and invisible multi-ribbed wall is given. Verified by the experimental results, it can calculate the wall properly, and the simplified mechanics model is worthy of design reference. 华侨大学硕士学位论文 节能砌块隐形密框墙板受力性能及设计理论研究 III (5) Referenced on the similar structure systems, for example, reinforced concrete masonry shear wall structure and frame-shearwall structure, this thesis proposed a seismic concept design of energy-saving block and invisible multi-ribbed frame structure. Keywords: Energy-saving block and invisible multi-ribbed frame wall；Mechanics performance; Nonlinear analysis ； Simplified mechanics model； Concept design 原创性声明原创性声明 本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权声明学位论文版权使用授权声明 本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅。 论文作者签名： 指导教师签名： 签 名 日 期： 签 名 日 期： 华侨大学硕士学位论文 节能砌块隐形密框墙板受力性能及设计理论研究 1 1 绪论绪论 1.1 课题研究背景及意义课题研究背景及意义 1.1.1 研究背景研究背景 住宅建设对资源的占用和消耗是巨大的。就城市住宅而言，住宅建设和使用过程的能耗占社会总能耗的 40左右，而且随着居民生活水平的提高，这一比例还会提高。 现实情况是：一方面，我国面临着严峻的资源紧张问题，而另一方面，我国能源、土地、水、原材料等资源的实际利用率却远远低于发达国家的水平。目前，我国既有建筑大部分是高耗能建筑，单位面积的耗能相当于气候条件相近发达国家的 2 至 3 倍。我国每年城乡新建房屋中，仍有 80以上为高耗能建筑1。如果我们不花大力气推进节能省地型住宅与建筑的发展，不但造成资源大量消耗，而且将来改造所需要的投入必将是巨大的。这无疑会严重地影响到我国实现全面建设小康社会的宏伟目标。 通过基础性和相关政策研究、运用高新技术来推进住宅产业现代化，以满足人民日益增长的居住需求，加速促进我国住宅产业的现代化进程，使其发展成为国民经济新的增长点，是国家发展的基本方针，也是提高人民生活质量和水平的最佳途径。发展轻质高强、节能抗震、利用“三废”、保护环境、节约土地、降低成本、并具有一定建筑生产工业化程度的新型墙体材料势在必行。而采用新型结构体系代替传统的砖混结构，是彻底进行墙改的关键24。 2005 年，中央经济工作会议提出了建设节能省地型住宅的要求。胡锦涛同志指出，要大力发展节能省地型住宅，全面推广节能技术，制定并强制执行节能、节材、节水标准，搞好资源综合利用，实现经济社会的可持续发展。建设部已把大力发展节能省地型住宅和建筑作为一项重要工作。按照国家的长远规划,全面执行居住建筑的节能设计标准，每年分批开展既有建筑节能改造工作并于 2010 年后逐步实行新建建筑达到节能 65的标准5。 在此背景下，项目组提出了节能砌块隐形密框结构这一新型结构体系6，并获得了福建省自然科学基金的资助。 1.1.2 研究意义研究意义 华侨大学硕士学位论文 节能砌块隐形密框墙板受力性能及设计理论研究 2 正值我国经济快速发展时期，住宅产业作为国民经济发展的重要产业之一，越来越受到政府和社会各界的重视。与此同时，随着全球环保意识的增强以及可持续发展战略的实施，我国的墙体改革政策也逐步深入。减轻建筑物自重，提高对地震的防御能力，增强保温节能效果，简化施工方法是当今建筑结构的发展趋势。节能砌块隐形密框结构住宅体系的研究则适合这一趋势。 作为节能砌块隐形密框结构的核心，节能砌块隐形密框墙板的性能将决定整体结构性能的优劣，因此对其进行系统的理论研究是十分必要的。这一研究，可以为节能砌块隐形密框结构的应用奠定基础，促进该结构的应用以及推广，因此具有很好的理论意义和工程实践意义。 1.2 新型结构的发展及应用新型结构的发展及应用 1.2.1 国内国内 为彻底实现墙体改革，适应我国住宅建设的发展，就必须从建筑设计的源头抓起。改变多层住宅的结构体系，以新的结构体系代替以往的砖混结构才是根本策略2。因此剪力墙结构、框架结构、框架剪力墙结构、筒体结构、轻钢结构等由于其各自的特点和优越性而逐渐被人们接受和推广。近年来，又有不同新型建筑结构体系的研究与开发取得了成果， 例如： 轻型砌块结构7、 轻骨料混凝土结构、预制装配式结构8、内浇外砌结构9等。 国家建设部 2004 年科技成果推广项目保温砌模现浇网格剪力墙承重体系是一种集结构、保温、隔热和防火于一体的节能墙改创新结构体系10。保温砌模自重轻，有良好的力学和耐火性能，生产使用大量粉煤灰和废旧泡沫聚苯，有效地降低了成本。砌模网格墙整体现浇，延性好，承载力大，具有可靠的抗震性能。 复合墙异型柱结构体系是一种新型建筑结构体系。该体系采用 CL 钢丝网架聚苯板(简称 CL 板)作墙体材料，是一种承重墙体。CL 墙板由三维钢丝网架、保温隔音芯材以及内外侧混凝土层组成。其中钢丝网架是由两片平行钢丝网经斜插钢丝连接组成空间桁架，钢丝的直径、间距根据设计给出;保温隔音材料采用聚苯乙烯泡沫板；聚苯芯板的两侧分别浇注或喷抹 9cm 和 3cm 厚的混凝土，使之不仅可以作为