新型可裝配式木結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用

1、新型可裝配式木結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用摘要：隨著我國(guó)綜合國(guó)力日益增強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展,特別是人們收入水平提高以及綠色健康住宅概念的流行，但目前采用的鋼筋混凝土性能具有較大的局限性，屬于不可再生資源，不利于環(huán)境的發(fā)展，而可裝配式木結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)越的性能和再生性而被人們所青睞，他具有裝配簡(jiǎn)單、抗震性能好、質(zhì)輕的特點(diǎn)，性價(jià)比也比較高。 論文對(duì)可裝配式木結(jié)構(gòu)房屋利用結(jié)構(gòu)分析軟件 SAP2000 進(jìn)行模態(tài)振型工況、不同荷載組合下內(nèi)力及變形工況、抗震性能工況以及施工階段數(shù)值模擬工況等結(jié)構(gòu)分析。建模時(shí)，參考國(guó)內(nèi)外學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件單元以及連接點(diǎn)的屬性進(jìn)行定義，并說(shuō)明模型存在的問(wèn)題，并提出完善模擬需要的進(jìn)

2、一步研究。 關(guān)鍵詞：鋼鋼筋混凝凝土的局局限性、可可裝配式式木結(jié)構(gòu)構(gòu)、SAAP20000有有限元分分析、木木結(jié)構(gòu)的的發(fā)展及及應(yīng)用引言：隨著著技術(shù)的的發(fā)展，計(jì)計(jì)算機(jī)技技術(shù)在生生產(chǎn)生活活中占據(jù)據(jù)著越來(lái)來(lái)越大的的比例，計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)數(shù)值模擬擬技術(shù)在科科研中占占據(jù)著越越來(lái)越重重要的地地位，目目前建筑筑行業(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)分析主主要存在在著FEEM（有有限元分分析）理理論1,2、BEMM（邊界界元分析析）理論論3、 FFDM（有有限差分分分析）理理論44,5，這些些理論的的應(yīng)用趨勢(shì)勢(shì)主要為為有限元元分析理理論，主主要為三三個(gè)階段段：建模模階段、單元化以及單元分析、評(píng)價(jià)和概述。SAP2000軟件集結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件功能于

3、一體，在開(kāi)始時(shí)有多種自動(dòng)模板供用戶選擇，在獨(dú)特的形勢(shì)下建模分析，參數(shù)輸入和模型建立的形式易于理解和接受6,7, 因而本實(shí)驗(yàn)采用SAP2000對(duì)相同結(jié)構(gòu)下的鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)建模運(yùn)算分析，比較其抗震性能，實(shí)驗(yàn)證明，可裝配式木結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的抗震性能，與此同時(shí)也具有相對(duì)環(huán)保節(jié)能的效用，因而木結(jié)構(gòu)在未來(lái)的建筑中將會(huì)占有很大市場(chǎng)。鋼結(jié)構(gòu)的建建模分析析8建模前參數(shù)數(shù)準(zhǔn)備：本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)采用鋼鋼架結(jié)構(gòu)構(gòu)為Q3445的鋼材，柱柱為5000*5500的箱型型鋼，梁梁為4000*2200的箱型型梁。實(shí)驗(yàn)加載本實(shí)驗(yàn)建立立了以6*6m為底，以3m為一樓樓的兩樓樓小洋房房模型，如下圖圖所示(a)所示示，用上述實(shí)實(shí)驗(yàn)參數(shù)數(shù)用作實(shí)實(shí)

4、驗(yàn)建模?；A(chǔ)，本本實(shí)驗(yàn)采采用有限限元分析析，對(duì)模模型采取取施加靜靜力荷載載(圖b)，施施加地震震波(圖c)，模擬其在荷載載和地震震波的作作用下的的工作狀狀態(tài)和破破壞機(jī)理理，然后后進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)。圖a 圖b 圖圖c實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本實(shí)驗(yàn)分別別對(duì)木結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行了地震震波加載載和靜荷荷載加載載，本實(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)梁的靜靜荷載為為18000KNN，在靜荷荷載為118000KN時(shí)時(shí)，木結(jié)構(gòu)構(gòu)作為一一種彈性性材料，表現(xiàn)出一定的彎曲狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)采用地震波的頻率為0.02s的時(shí)程函數(shù)，最大峰值處加速度為748.89。地震波的形形態(tài)及參參數(shù)如下下圖所示示實(shí)驗(yàn)結(jié)果分分析（地地震波處處于最大大峰值時(shí)時(shí)）2-2方向向彎矩圖圖和彎矩

5、數(shù)數(shù)值圖2-2 方方向彎矩矩包絡(luò)圖圖和彎矩矩值包絡(luò)圖圖3-3 方方向彎矩矩圖和彎彎矩?cái)?shù)值值圖3-3方向向彎矩包包絡(luò)圖和和彎矩值值包絡(luò)圖圖可裝配式木木結(jié)構(gòu)的的建模9建模前參數(shù)數(shù)準(zhǔn)備：本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的原材材料為可可裝配式式木結(jié)構(gòu)構(gòu)，柱的截面為5000*5500，梁的界面面為4000*2200，木材材的橫紋彈彈性模量量為0.003GPPa，順紋彈彈性模量量 100GPaa，順紋剪剪切模量量為0.55GPaa，橫紋剪剪切模量量為0.445GPPa，木材密密度為4400/，重重度為339200N/mm，泊泊松比為為0.33。建模：本實(shí)實(shí)驗(yàn)建立立了以6*6m為底，以3m為一樓樓的兩樓樓小洋房房模型，如下圖圖所示

6、(d)所示，用上述實(shí)實(shí)驗(yàn)參數(shù)數(shù)用作實(shí)實(shí)驗(yàn)建模模基礎(chǔ)，本本實(shí)驗(yàn)采采用有限限元分析析，對(duì)模模型采取取施加靜靜力荷載載(圖e)，施加加地震波波(圖f)，模擬其在荷載載和地震震波的作作用下的的工作狀狀態(tài)和破破壞機(jī)理理，然后后進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)。 圖圖(d） 圖(e) 圖(f)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):本實(shí)驗(yàn)分分別對(duì)木木結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行了地地震波加加載和靜靜荷載加加載，本本實(shí)驗(yàn)對(duì)對(duì)梁的靜靜荷載為為18000KNN，在靜荷荷載為118000KN時(shí)時(shí)，木結(jié)構(gòu)構(gòu)作為一一種彈性性材料，表現(xiàn)出一定的彎曲狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)采用地震波的頻率為0.02s的時(shí)程函數(shù)，最大峰值處加速度為748.89。地震波形圖圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果分分析（處于最最大地震震波時(shí)）2

7、-2方向向的彎矩圖2-2方向向彎矩包包絡(luò)圖和和彎矩?cái)?shù)數(shù)值包絡(luò)絡(luò)圖3-3方向向當(dāng)?shù)膹澗鼐貓D3-3方向向的彎矩包絡(luò)絡(luò)圖和彎彎矩包絡(luò)絡(luò)數(shù)值圖圖部分節(jié)點(diǎn)受受力表格格，共劃劃分1556個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)，所以只只選出部部分木結(jié)構(gòu)和鋼鋼結(jié)構(gòu)的的對(duì)比從以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)記錄，我我們可以以看到木木結(jié)構(gòu)的的變形雖雖然比鋼鋼材要大大，但是是它所受受到的彎彎矩遠(yuǎn)小小于鋼材材所受彎彎矩，同同時(shí)因?yàn)闉槟静牡牡拿芏龋灸窘Y(jié)構(gòu)建建筑整體體自重較較鋼筋混混凝土輕輕，大約約為其11/51/22，也就就是說(shuō)在在受到相相同的作作用效應(yīng)應(yīng)時(shí)，同同等輕型型木結(jié)構(gòu)構(gòu)房屋產(chǎn)產(chǎn)生的地地震作用用效應(yīng)相相對(duì)較小小。同時(shí)時(shí)本模擬擬實(shí)驗(yàn)在在建模分分析時(shí)，為為了保守守

8、起見(jiàn)木木質(zhì)材料料的阻尼尼比見(jiàn)取取值為0.005，是是常見(jiàn)的的四類普普通建筑筑結(jié)構(gòu)材材料中最最大，所所以其在在受到相相同地震震作用時(shí)時(shí)，耗散散的地震震能量也也最大，受受到的破破壞也較較小，居居住安全全性能也也最高，且且環(huán)保。輸輸入Taaft波波（7.6級(jí)），不不同變形形受力表表明，輕輕型木結(jié)結(jié)構(gòu)建筑筑的桿件件承載力力和變形形數(shù)值均均在規(guī)范范允許的的范圍內(nèi)內(nèi)，而且且安全存存儲(chǔ)較大大。對(duì)于于屋面和和墻面等等，為了了簡(jiǎn)單實(shí)實(shí)效的建建立構(gòu)件件模型，常常忽視裝裝飾材料料層以及及裝飾層層的剛度度加強(qiáng)作作用，但但即使是是這樣，在在上兩節(jié)節(jié)的模型型結(jié)構(gòu)分分析中得得到的結(jié)結(jié)果均在在規(guī)范允允許的范范圍內(nèi)。同同時(shí)構(gòu)件

9、件的安全全存儲(chǔ)較較大，也也驗(yàn)證了了輕木結(jié)結(jié)構(gòu)建筑筑抗震性性能的優(yōu)優(yōu)異性。實(shí)驗(yàn)的不足足一是材質(zhì)問(wèn)問(wèn)題。因因?yàn)閷?duì)于于木材來(lái)來(lái)說(shuō)，其其在物理理以及力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)方面都都表現(xiàn)為為相當(dāng)顯顯著的各各項(xiàng)異性性，順紋紋和橫紋紋的受壓壓、受拉拉、受剪剪和靜力力彎曲強(qiáng)強(qiáng)度相差差較大，并并且自身身強(qiáng)度還還與取材材位置有有一定關(guān)關(guān)系。木木質(zhì)材料料的屬性性也對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度有影影響，主主要是密密度和含含水率。另另外外界界環(huán)境因因素對(duì)木木材強(qiáng)度度和物理理性質(zhì)影影響也很很大，其其一是溫溫度，溫溫度越高高，木材材的強(qiáng)度度會(huì)隨之之降低，其其降低程程度與木木材的含含水率、延延續(xù)作用用時(shí)間以以及溫度度值都有有關(guān)聯(lián)；其二是是時(shí)間，在在荷載的的

10、長(zhǎng)期作作用下，木木材的強(qiáng)強(qiáng)度會(huì)降降低，就就像混凝凝土構(gòu)件件在長(zhǎng)期期荷載下下發(fā)生徐徐變一樣樣。二是是有軟件件單元的的模擬問(wèn)問(wèn)題?，F(xiàn)現(xiàn)有的各各大型通通用有限限元分析析軟件及及專用分分析程序序都很難難模擬木木材料的的受力屬屬性，即即使是單單獨(dú)定義義材料，其其非線性性性質(zhì)以以及溫度度、長(zhǎng)期期作用對(duì)對(duì)材料的的影響的的程度也也是很難難定義。多多是在其其他成熟熟材質(zhì)屬屬性上修修改，使使之屬性性逼近木木單元。三三是木質(zhì)質(zhì)材料能能使其結(jié)結(jié)構(gòu)建筑筑在整體體受力變變形時(shí)表表現(xiàn)為較較柔性，連連接處也也如同鋼鋼結(jié)構(gòu)的的半剛性性連接，但但剛度相相對(duì)來(lái)說(shuō)說(shuō)小些。因因此構(gòu)件件在進(jìn)行行內(nèi)力計(jì)計(jì)算時(shí)，兩兩端的連連接形式式應(yīng)視情情

11、況而定定，不能能簡(jiǎn)單按按照兩端端鉸接或或兩端剛剛接或一一端鉸接接一端剛剛接計(jì)算算。這對(duì)對(duì)軟件模模型建立立的準(zhǔn)確確性以及及符合性性有較高高的要求求。結(jié)論：我國(guó)正處在在一個(gè)重重大的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型時(shí)期期，要想想大力推推動(dòng)節(jié)能能減排，就就必須在在工民建建方面下下功夫，傳傳統(tǒng)的房房屋建設(shè)設(shè)耗費(fèi)了了太多的的不可再再生能源源，可裝裝配式木木結(jié)構(gòu)具具有高效效，環(huán)保保，清潔潔，耐久久，抗震震，可再再生等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)應(yīng)當(dāng)大力力發(fā)展，同同時(shí)國(guó)家家也應(yīng)該該出臺(tái)相相應(yīng)政策策鼓勵(lì)用用裝配式式木結(jié)構(gòu)構(gòu)，加大大科研力力度，提提升木材材性價(jià)比比以及大大眾接受受度，走走出一條條具有中中國(guó)特色色的木結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)展展道路，促促進(jìn)生態(tài)態(tài)文明建建設(shè)。

12、參考文獻(xiàn)：1呂大大剛，楊楊大偉.有限元元可靠度度方法的的基本原理理及研究究進(jìn)展R.中國(guó)力力學(xué)學(xué)術(shù)術(shù)大會(huì)，20052 張張洪武，吳敬凱，劉輝，付振東. 擴(kuò)展的多尺度有限元法基本原理J.計(jì)算機(jī)輔助工程，2010.19(2).3 朱朱劍月, 耿傳傳智. PC簡(jiǎn)簡(jiǎn)支梁鐵鐵路橋墩墩身動(dòng)力力響應(yīng)的的特解邊邊界元分分析JJ.中中國(guó)鐵道道科學(xué).20004.44. 225(22).331-3344 JJ.Jooness, CC.Wuu. DD.J.Oehhlerrs, A.SS.Whhitttakeer, W.SSun, S.Marrks andd R.Copppolla. Finnitee Diiffeerennce Anaalyssis of Simmplyy Suuppoorteed RRC SSlabbs ffor Blaast Loaadinngs.5 謝謝強(qiáng),何何兆益,梁莉.水泥混混凝土路路面板角角脫空的的有限差差分分析析J.重慶大學(xué)學(xué)學(xué)報(bào)。2008.07. 31（7）725-729.6 張張建華，郝郝殿偉，黃黃珂，徐徐欣，劉新新生。基基于SAAP20000的的鋼板筒筒倉(cāng)參數(shù)數(shù)化建模模與分析析R.建筑筑科學(xué)與與工程學(xué)報(bào)報(bào). 220133.9 300(3