新型可装配式木结构的研究及应用

1、新型可装配式木结构的研究及应用摘要：随着我国综合国力日益增强、经济健康发展,特别是人们收入水平提高以及绿色健康住宅概念的流行，但目前采用的钢筋混凝土性能具有较大的局限性，属于不可再生资源，不利于环境的发展，而可装配式木结构由于其优越的性能和再生性而被人们所青睐，他具有装配简单、抗震性能好、质轻的特点，性价比也比较高。 论文对可装配式木结构房屋利用结构分析软件 SAP2000 进行模态振型工况、不同荷载组合下内力及变形工况、抗震性能工况以及施工阶段数值模拟工况等结构分析。建模时，参考国内外学者的经验，对轻型木结构材料、构件单元以及连接点的属性进行定义，并说明模型存在的问题，并提出完善模拟需要的进

2、一步研究。 关键词：钢钢筋混凝凝土的局局限性、可可装配式式木结构构、SAAP20000有有限元分分析、木木结构的的发展及及应用引言：随着着技术的的发展，计计算机技技术在生生产生活活中占据据着越来来越大的的比例，计计算机数数值模拟拟技术在科科研中占占据着越越来越重重要的地地位，目目前建筑筑行业结构构分析主主要存在在着FEEM（有有限元分分析）理理论1,2、BEMM（边界界元分析析）理论论3、 FFDM（有有限差分分分析）理理论44,5，这些些理论的的应用趋势势主要为为有限元元分析理理论，主主要为三三个阶段段：建模模阶段、单元化以及单元分析、评价和概述。SAP2000软件集结构分析和设计软件功能于

3、一体，在开始时有多种自动模板供用户选择，在独特的形势下建模分析，参数输入和模型建立的形式易于理解和接受6,7, 因而本实验采用SAP2000对相同结构下的钢结构和木结构建模运算分析，比较其抗震性能，实验证明，可装配式木结构具有优秀的抗震性能，与此同时也具有相对环保节能的效用，因而木结构在未来的建筑中将会占有很大市场。钢结构的建建模分析析8建模前参数数准备：本实验验采用钢钢架结构构为Q3445的钢材，柱柱为5000*5500的箱型型钢，梁梁为4000*2200的箱型型梁。实验加载本实验建立立了以6*6m为底，以3m为一楼楼的两楼楼小洋房房模型，如下图图所示(a)所示示，用上述实实验参数数用作实实

4、验建模模基础，本本实验采采用有限限元分析析，对模模型采取取施加静静力荷载载(图b)，施施加地震震波(图c)，模拟其在荷载载和地震震波的作作用下的的工作状状态和破破坏机理理，然后后进行数数据统计计。图a 图b 图图c实验数据本实验分别别对木结结构进行行了地震震波加载载和静荷荷载加载载，本实实验对梁的静静荷载为为18000KNN，在静荷荷载为118000KN时时，木结构构作为一一种弹性性材料，表现出一定的弯曲状态，本实验采用地震波的频率为0.02s的时程函数，最大峰值处加速度为748.89。地震波的形形态及参参数如下下图所示示实验结果分分析（地地震波处处于最大大峰值时时）2-2方向向弯矩图图和弯矩

5、数数值图2-2 方方向弯矩矩包络图图和弯矩矩值包络图图3-3 方方向弯矩矩图和弯弯矩数值值图3-3方向向弯矩包包络图和和弯矩值值包络图图可装配式木木结构的的建模9建模前参数数准备：本实验验的原材材料为可可装配式式木结构构，柱的截面为5000*5500，梁的界面面为4000*2200，木材材的横纹弹弹性模量量为0.003GPPa，顺纹弹弹性模量量 100GPaa，顺纹剪剪切模量量为0.55GPaa，横纹剪剪切模量量为0.445GPPa，木材密密度为4400/，重重度为339200N/mm，泊泊松比为为0.33。建模：本实实验建立立了以6*6m为底，以3m为一楼楼的两楼楼小洋房房模型，如下图图所示

6、(d)所示，用上述实实验参数数用作实实验建模模基础，本本实验采采用有限限元分析析，对模模型采取取施加静静力荷载载(图e)，施加加地震波波(图f)，模拟其在荷载载和地震震波的作作用下的的工作状状态和破破坏机理理，然后后进行数数据统计计。 图图(d） 图(e) 图(f)实验数据:本实验分分别对木木结构进进行了地地震波加加载和静静荷载加加载，本本实验对对梁的静静荷载为为18000KNN，在静荷荷载为118000KN时时，木结构构作为一一种弹性性材料，表现出一定的弯曲状态，本实验采用地震波的频率为0.02s的时程函数，最大峰值处加速度为748.89。地震波形图图实验结果分分析（处于最最大地震震波时）2

7、-2方向向的弯矩图2-2方向向弯矩包包络图和和弯矩数数值包络络图3-3方向向当的弯矩矩图3-3方向向的弯矩包络络图和弯弯矩包络络数值图图部分节点受受力表格格，共划划分1556个节节点，所以只只选出部部分木结构和钢钢结构的的对比从以上实验验记录，我我们可以以看到木木结构的的变形虽虽然比钢钢材要大大，但是是它所受受到的弯弯矩远小小于钢材材所受弯弯矩，同同时因为为木材的的密度，木木结构建建筑整体体自重较较钢筋混混凝土轻轻，大约约为其11/51/22，也就就是说在在受到相相同的作作用效应应时，同同等轻型型木结构构房屋产产生的地地震作用用效应相相对较小小。同时时本模拟拟实验在在建模分分析时，为为了保守守

8、起见木木质材料料的阻尼尼比见取取值为0.005，是是常见的的四类普普通建筑筑结构材材料中最最大，所所以其在在受到相相同地震震作用时时，耗散散的地震震能量也也最大，受受到的破破坏也较较小，居居住安全全性能也也最高，且且环保。输输入Taaft波波（7.6级），不不同变形形受力表表明，轻轻型木结结构建筑筑的杆件件承载力力和变形形数值均均在规范范允许的的范围内内，而且且安全存存储较大大。对于于屋面和和墙面等等，为了了简单实实效的建建立构件件模型，常常忽视装装饰材料料层以及及装饰层层的刚度度加强作作用，但但即使是是这样，在在上两节节的模型型结构分分析中得得到的结结果均在在规范允允许的范范围内。同同时构件

9、件的安全全存储较较大，也也验证了了轻木结结构建筑筑抗震性性能的优优异性。实验的不足足一是材质问问题。因因为对于于木材来来说，其其在物理理以及力力学性质质方面都都表现为为相当显显著的各各项异性性，顺纹纹和横纹纹的受压压、受拉拉、受剪剪和静力力弯曲强强度相差差较大，并并且自身身强度还还与取材材位置有有一定关关系。木木质材料料的属性性也对强强度有影影响，主主要是密密度和含含水率。另另外外界界环境因因素对木木材强度度和物理理性质影影响也很很大，其其一是温温度，温温度越高高，木材材的强度度会随之之降低，其其降低程程度与木木材的含含水率、延延续作用用时间以以及温度度值都有有关联；其二是是时间，在在荷载的的

10、长期作作用下，木木材的强强度会降降低，就就像混凝凝土构件件在长期期荷载下下发生徐徐变一样样。二是是有软件件单元的的模拟问问题。现现有的各各大型通通用有限限元分析析软件及及专用分分析程序序都很难难模拟木木材料的的受力属属性，即即使是单单独定义义材料，其其非线性性性质以以及温度度、长期期作用对对材料的的影响的的程度也也是很难难定义。多多是在其其他成熟熟材质属属性上修修改，使使之属性性逼近木木单元。三三是木质质材料能能使其结结构建筑筑在整体体受力变变形时表表现为较较柔性，连连接处也也如同钢钢结构的的半刚性性连接，但但刚度相相对来说说小些。因因此构件件在进行行内力计计算时，两两端的连连接形式式应视情情

11、况而定定，不能能简单按按照两端端铰接或或两端刚刚接或一一端铰接接一端刚刚接计算算。这对对软件模模型建立立的准确确性以及及符合性性有较高高的要求求。结论：我国正处在在一个重重大的转转型时期期，要想想大力推推动节能能减排，就就必须在在工民建建方面下下功夫，传传统的房房屋建设设耗费了了太多的的不可再再生能源源，可装装配式木木结构具具有高效效，环保保，清洁洁，耐久久，抗震震，可再再生等优优点，应应当大力力发展，同同时国家家也应该该出台相相应政策策鼓励用用装配式式木结构构，加大大科研力力度，提提升木材材性价比比以及大大众接受受度，走走出一条条具有中中国特色色的木结结构发展展道路，促促进生态态文明建建设。

12、参考文献：1吕大大刚，杨杨大伟.有限元元可靠度度方法的的基本原理理及研究究进展R.中国力力学学术术大会，20052 张张洪武，吴敬凯，刘辉，付振东. 扩展的多尺度有限元法基本原理J.计算机辅助工程，2010.19(2).3 朱朱剑月, 耿传传智. PC简简支梁铁铁路桥墩墩身动力力响应的的特解边边界元分分析JJ.中中国铁道道科学.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 谢谢强,何何兆益,梁莉.水泥混混凝土路路面板角角脱空的的有限差差分分析析J.重庆大学学学报。2008.07. 31（7）725-729.6 张张建华，郝郝殿伟，黄黄珂，徐徐欣，刘新新生。基基于SAAP20000的的钢板筒筒仓参数数化建模模与分析析R.建筑筑科学与与工程学报报. 220133.9 300(3