冷彎薄壁型鋼—稻草板開洞組合墻體抗剪性能研究★

李思雨 張秀華 張華鵬 馬彥龍 耿禹坤

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

冷彎薄壁型鋼組合墻體主要由型鋼骨架和覆面板組成，是冷彎薄壁型鋼結構的重要承重構件之一［1，2］。冷彎薄壁型鋼結構體系以其綠色環保、可重復利用等優點而著稱，在一些發達國家得到了廣泛的使用和推廣。組合墻體是冷彎薄壁型鋼結構的主要受力構件，實際工程中為滿足建筑的使用功能，是需要給墻體開門窗洞口的，開洞口對組合墻體的承載力和穩定性有顯著影響。因此對冷彎薄壁型鋼—紙面稻草板組合墻體抗剪性能進行研究，對該墻體的工程應用有重要意義。

輕鋼結構力學性能優良，鋼材可以重復回收再利用，比傳統的建筑材料更節約能源，保護環境，符合國家對可持續發展理念的倡導，未來以冷彎薄壁型鋼和墻面板組合的墻體有很大的發展潛力。

1 組合墻體抗剪性能研究現狀

組合墻體主要由型鋼骨架和覆面板組成，二者通過自攻螺釘等方式進行連接。

1.1 國外研究

Serrette［3，4］等對冷彎薄壁型鋼組合墻體進行了單調加載和往復加載試驗。通過試驗發現:外圍螺釘間距越小，墻體的抗剪性能越好;往復荷載下墻體的抗剪強度不如單調加載下墻體的抗剪強度。

澳大利亞昆士蘭大學的Ronagh等［5］進行了冷彎薄壁型鋼組合墻體往復加載試驗，以研究其力學性能。試驗表明:單面覆板的組合墻體整體性能較差，而雙面覆板的組合墻體表現良好，沒有發生脆性破壞。

Baran等人［6］通過對足尺寸組合墻體進行單調受剪試驗。試驗發現，墻體底部抗拔構件和它附近的下導軌型鋼破壞較嚴重，這表明抗拔件提供的抗力大小對組合墻體的承載力有很大影響。此外型鋼骨架中對角支撐的存在，能略微提高組合墻體的承載力和前期剛度。

1.2 國內研究

經過我國研究人員的不斷努力，在組合墻體抗剪性能方面也已經取得了一定進展。

研究學者有周天華、周緒紅、蘇明周等人［7－10］，研究冷彎薄壁型鋼組合墻體的抗剪性能。通過試驗發現:加載方式和洞口尺寸對墻體承載力有一定影響;水平單調加載較往復加載的墻體抗剪性能要好;采取同樣的構造措施，開洞口的百分比越大，墻體承載力越差;開洞口組合墻體破壞主要在洞口部位，表現為柱子彎曲變形和洞口處覆面板的變形。通過ANSYS軟件，分析表明墻面板材料、墻體高度、螺釘間距的不同對組合墻體承載力的影響。

2 冷彎薄壁型鋼—稻草板組合墻體

冷彎薄壁型鋼—稻草板是基于以往類似組合墻體，把覆面板更換成了在建筑工程中較少使用的紙面稻草板。東北林業大學的張秀華課題組已經對冷彎薄壁型鋼—稻草板組合墻體進行了多方面的深入研究，主要做了相關力學性能試驗和有限元數值模擬分析。

楊景程［2］、張義卓［11］、李超然［12］對該組合墻體的力學性能進行了研究，結果表明:該組合墻體具有較大的抗剪承載力，二者具有良好的協同工作能力;增大型鋼厚度、使用屈服強度更高的鋼、增大立柱截面高度、減小立柱間距、減小外圍自攻螺釘間距等方法都能使墻體的承載力提高。其中李超然研究的開洞組合墻體的軸壓力學性能，對該墻體的抗剪性能研究方面比較欠缺，因此有必要進行更深入的研究。

鋼—稻草板組合墻體使得二者的優勢得到了充分發揮，該組合結構具有輕質高強、力學性能優良和整體性好等優點，實際建筑工程當中可進行推廣應用。

3 鋼—稻草板開洞組合墻體抗剪性能影響因素

在冷彎薄壁型鋼結構住宅體系中，“墻”作為建筑八大構件之一，在實際應用中需要承受風荷載、地震荷載等。因此研究冷彎薄壁型鋼組合墻體的抗剪和抗震性能，一直是國內外研究學者關注的熱點問題。目前，美國等歐美發達國家已經對型鋼組合墻體進行了大量研究，并取得了初步成就。我國在該方面也取得了一定的成果，為國家制定相關規范提供了依據。本文中冷彎薄壁型鋼—稻草板組合墻體和傳統組合墻體的構成類似，只是把覆面板材換成紙面稻草板，東北林業大學的張秀華課題組已經對該組合墻體進行了多項力學性能試驗，主要有軸壓和抗剪性能試驗，并取得了相關研究成果，獲得了部分結論，是為了能在實際工程中推廣此類結構的使用，繼續開展對冷彎薄壁型鋼—稻草板開洞口組合墻體的相關理論分析，為這種組合墻體的應用提供更多依據。

本文通過閱讀大量參考文獻，得出影響開洞組合墻體性能的主要因素:

1)型鋼截面尺寸;

2)洞口大小、開洞位置、開洞率;

3)洞口上方是否設置過梁;

4)蒙皮效應;

5)支撐等加固措施。

冷彎薄壁型鋼—稻草板組合墻體的力學性能已經得到相關試驗的驗證，李超然對開洞口組合墻體軸壓力學性能進行探究，目前還未對該組合結構的抗剪性能開展深入研究。試驗把所有類型的墻體都做一遍有一定的難度，試件數量、人力和科研經費等的限制，對于試驗考慮到的墻體類型，用有限元程序模擬分析估計其承載力的范圍。因此有必要在課題組試驗的基礎上進行更深入的理論發掘，從分析結果當中總結變化規律。筆者建議主要對以上影響因素開展相關研究，為該墻體在實際工程中的應用提供依據。

4 結語

考慮到冷彎薄壁型鋼結構建筑可以很好地應用到村鎮和低層建筑使用中，以及紙面稻草板相比于其他覆面板材的優越性，本文以紙面稻草板作為墻體覆面板的冷彎薄壁型鋼結構為研究對象。采用這種結構的建筑，空間利用率較大，施工效率高、隔音降噪等優點，符合我國相關政策的規定和提倡。

目前，冷彎薄壁型鋼—稻草板組合結構是一種新型建筑結構，綠色環保的建筑材料與安全穩定的建筑結構是國家極力提倡的，針對冷彎薄壁型鋼—稻草板組合墻體開洞口時抗剪性能的研究還沒有深入開展，特別是常見洞口尺寸組合墻體的設計思路，因此需要進行多方面的研究，為該組合結構的實際應用提供更多依據。