轻型木结构剪力墙抗侧力性能研究

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近年来,绿色节能建筑受政策支持在全国得到推广,性能优良的轻型木结构建筑越来越受到重视。2018年,我国在之前规范基础上出版了《木结构设计标准》,关于轻型木结构剪力墙的内容主要参照了加拿大和美国的相关规范。国内轻型木结构的研究起步较晚,需要更加系统的展开相关研究以提供更多的理论和试验依据。此外,轻木剪力墙研究需要因地制宜,优化结构,以减少造价较高造成的发展阻碍。本文首先进行了二十个轻木剪力墙钉节点的单调加载试验,分析钉节点的受力性能,依据试验数据建立了钉节点的数值模型,同时进行了有限元模拟分析,然后对十面不同构造的轻木剪力墙分别进行单调或低周反复加载试验,分析墙角锚固件,高宽比,竖向铺板下的横撑三种因素对墙体抗侧性能的影响。以钉节点数值模型与墙体试验为基础,借助软件ABAQUS建立了轻木剪力墙有限元模型。校核模型后,对32面不同墙骨柱间距、不同高宽比下的轻木剪力墙进行扩展研究。通过上述试验与有限元模拟研究,得出以下结论:本文采用的75mm长纸排钉、15mm厚OSB板、38mm×140mm截面尺寸的SPF规格材构成的钉节点在单向加载下,顺纹方向加载试件的最大承载力、初始刚度优于横纹方向加载试件,但后者的延性更好。墙角锚固下,竖向铺板的剪力墙中间添加一道横撑,对高宽比小于或者等于1:1的墙体可以有效的提升极限荷载10%~12%,同时可以提高剪力墙的弹性抗侧刚度与屈服荷载,但是相应的削弱了墙体的耗能能力。同一宽度下,墙骨柱越密集,墙体的承载力比例提升越快;同一墙骨柱间距下,墙体宽度越大,墙体的承载力比例提升越快。随着墙骨柱间距缩小,墙体宽度增大,带横撑墙体的承载力增长效率要低于无横撑墙体。基于我国《木结构设计标准》中的轻木剪力墙受剪承载力计算公式,引入竖向铺板下墙体的强度调整系数k4,将墙骨柱间距、横撑、高宽比相关参数对结构的影响体现到承载力计算与墙体设计中。墙骨柱间距600mm带横撑的墙体可以替换墙骨柱间距400mm无横撑的墙体,前者极限承载力与弹性抗侧刚度略优于后者,并且材料可以节省14.29%。轻木剪力墙使用抗拔力较小的钉子或其他连接件时,配置墙角锚固件更为必要。添加墙角锚固件的墙体要加强边骨柱承载力的验算,防止边骨柱先于钉节点发生破坏而导致墙体突然失去承载力。
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