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摘要：本文采用有限元法分析普钢结构与轻钢结构组合的墙体在竖向荷载作用下的承载力。结果表明，在该组合墙体中，由轻钢承受竖向荷载。当增大墙体高度时，墙架柱的轴向承载力降低；当墙架柱间距由600mm增大到1200mm时，轴向承载力略有提高。分析了冷弯薄壁型钢在组合墙体中的承载力。
关键词：组合结构墙体；竖向荷载；有限元法
0 引 言
当前我国的钢产量尤为稀缺，因此需要充分考虑到钢结构中关于钢材节约的问题。就目前的钢结构发展趋势来说，普通钢结构与轻型钢结构结合较之传统的钢混结构，对环境的污染较少，能提升建筑材料的回收利用率，有着较大的发展前景，是发展的新方向。本研究探索应用热轧H型钢梁柱支撑，墙体则应用冷弯薄壁型钢密柱型钢材，借助有限元分析软件ANSYS，构建墙体模型，通过分析组合墙体在不同墙柱间距及墙体高度下的承载力，以更好地将其运用于多层轻钢结构住宅体系当中。
1“普钢规范”与“轻钢规范”的区别
“普钢规范”即《钢结构设计规范》，而“轻钢规范”即《门式刚架钢结构技术规程》，二者存在的区别主要有两点 [1]：
1）结构方案安排方面的区别
一是柱网和轴线的安排。“普钢规范”中要求柱距是3m，一个门式刚架设计的好坏标准，是以用钢的数量是多是少作为重要的衡量指标，而柱距的大小亦会直接影响到设计的用钢量。门式刚架并非采用传统的混凝土屋面板，而是采用轻型屋面，因而以往的柱距模数并太适用，我们可根据用钢量设定确切的柱距。二是刚架截面的安排。“轻钢规范”中提出刚架的中间部分可根据需要设为截面相等的摇摆柱，这些摇摆柱上下部都为铰接，这一规定能减少墙体的用钢量。三是支撑体系方面，二者的规定也有所差别，具体是“普钢规范”中的受压构件需达到[λ]=150这一标准，而受拉构件则需达到[λ]=400这一标准；而“普钢规范”中的受压构件标准有所宽松，达到[λ]=220即可，其受拉构件的标准则不变。四是节点的衔接方式方面，“普钢规范”中提出节点需通过端板进行衔接，并对端板进行了一定的规范，端板需符合一定的受力要求及构造要求，而“轻钢规范”中的端板大多位于翼缘两边，以此衔接螺栓，如此一来，高强度螺栓承载力就能被充分地利用起来，螺栓的用量也随之大大地减少了。
2）在结构计算方法上存在区别
“普钢规范”中所提出的结构计算方法多为手算，且通过两个程序进行计算。先是在结构顶部设置一个不动铰支座，起到固定的作用，并借助外荷载的力量，计算出该支座的反力R。其次，将上述不动铰支座撤离，并将反力R作用于结构顶部，求解内力。将这两个程序进行迭加，从而得出钢结构的内力值。
“普钢规范”的结构计算方法主要是有限元法，其计算过程离不开计算机这个重要的载体。
2 构建组合墙体有限元计算模型
2.1 分析单元的选用
在ANSYS单元库里面的单元类型有很多，至少不低于150种，且大多都可有效地应用于结构分析。
一般来说，结构分析所覆盖的单元类型极广，有较为简单的梁单元、杆单元，除此之外，那些较为复杂的壳单元、实体单元等，也涵盖在内。为了充分
达成各单元自身的功用，我们需进行差异化处理。如BEAM189的每个节点有6个或7个自由度，当KEYOPT（1）默认为0时，就是每个节点有6个自由度，当KEYOPT（1）的值为1之时，就需要增加一个自由度，即翘曲量，以更好地适应新的情况。通常来说，BEAM189含有一定的应力刚度，这为有效地分析各元素的弯曲、扭转稳定性奠定了基础，这一特性通常比较适用于比较细长的梁结构，可进行组合墙体梁柱的模拟分析。
2.2 有限元计算模型的衔接处理和边界情况
组合墙体的各个构件要紧密有序地衔接起来，需要借助焊接的力量。经笔者研究，在借助ANSYS软件分析组合墙体的基础上，利用藕合办法将其有效衔接起来，具体的方法是使藕合冷弯薄壁C型钢墙架柱和钢骨架在焊接衔接处，分别在三个方向进行平行移动，这三个方向分别是x， y， z，并围绕这三个方向进行转动，而其中受约束的节点则有着相同的位移值，通过上述平动及转动，真正将组合墙体的衔接处构建成为一个刚性区域。
边界条件：边界条件的安排，需应用刚连接其底部和底梁，不但要限制底梁朝着x、y、z进行平行移动，而且还限制底梁围绕着x、y、z方向进行转动；不但要限制顶梁朝着x、y、z进行平行移动，而且还限制顶梁围绕x、y方向进行转动[2]。
2.3 有限元模型的构建
有限元模型构建具体如下：墙体构件尺寸为3m×0.6m；中间墙架柱为单根冷弯薄壁卷边C型钢C140×60×20×3.0；两侧主柱为热轧H型钢H140×140×200×10×10×10；顶梁和底梁为同类型H型钢截面，以焊接的方式，实现顶梁、底梁和墙柱的充分衔接。通过构建有限元模型BEAM189，以模拟梁单元中的梁柱，有一定的实践意义。此次研究主要应用耦合的方式实现衔接。
3 有限元分析
3.1墙柱间距对墙柱承载力的影响
基于前文的3m×3.6m有限元模型研究，借助ANSYS计算不同的墙柱间距影响墙体承载力的具体情况进行详细分析，其结果如表1所示。
通过表1可得出，当墙柱间距分别为600mm、900 mm、1200mm时，其最大应力也发生相应的变化，即墙柱轴向承载力相应有所提升。从实际使用的视角来看，600mm的間距过密，不适用于墙体，而墙柱间距若是为1200mm则显得过大，由此可知，900mm的墙柱间距是较为标准的间距。
结论
经研究分析，在竖向荷载的作用下，普钢结构与轻钢结构组合的墙柱间距越大，其墙柱轴向承载力就越大。其中，主要承受竖向荷载的一方为轻钢，普钢并未发挥作用。
参考文献
[1]张兵，傅晓俊.轻钢结构门式刚架的应用及发展.江苏冶金，2003
[2]陈晓辉.冷弯薄壁型钢结构住宅体系组合墙体竖向受力分析.[硕士学位论文].昆明：昆明理工大学，2008
[3]王有为，赵基达，童悦仲，等.美国多层轻钢结构住宅技术及其引进的相关问题.工程质量，2005
关键词：组合结构墙体；竖向荷载；有限元法
0 引 言
当前我国的钢产量尤为稀缺，因此需要充分考虑到钢结构中关于钢材节约的问题。就目前的钢结构发展趋势来说，普通钢结构与轻型钢结构结合较之传统的钢混结构，对环境的污染较少，能提升建筑材料的回收利用率，有着较大的发展前景，是发展的新方向。本研究探索应用热轧H型钢梁柱支撑，墙体则应用冷弯薄壁型钢密柱型钢材，借助有限元分析软件ANSYS，构建墙体模型，通过分析组合墙体在不同墙柱间距及墙体高度下的承载力，以更好地将其运用于多层轻钢结构住宅体系当中。
1“普钢规范”与“轻钢规范”的区别
“普钢规范”即《钢结构设计规范》，而“轻钢规范”即《门式刚架钢结构技术规程》，二者存在的区别主要有两点 [1]：
1）结构方案安排方面的区别
一是柱网和轴线的安排。“普钢规范”中要求柱距是3m，一个门式刚架设计的好坏标准，是以用钢的数量是多是少作为重要的衡量指标，而柱距的大小亦会直接影响到设计的用钢量。门式刚架并非采用传统的混凝土屋面板，而是采用轻型屋面，因而以往的柱距模数并太适用，我们可根据用钢量设定确切的柱距。二是刚架截面的安排。“轻钢规范”中提出刚架的中间部分可根据需要设为截面相等的摇摆柱，这些摇摆柱上下部都为铰接，这一规定能减少墙体的用钢量。三是支撑体系方面，二者的规定也有所差别，具体是“普钢规范”中的受压构件需达到[λ]=150这一标准，而受拉构件则需达到[λ]=400这一标准；而“普钢规范”中的受压构件标准有所宽松，达到[λ]=220即可，其受拉构件的标准则不变。四是节点的衔接方式方面，“普钢规范”中提出节点需通过端板进行衔接，并对端板进行了一定的规范，端板需符合一定的受力要求及构造要求，而“轻钢规范”中的端板大多位于翼缘两边，以此衔接螺栓，如此一来，高强度螺栓承载力就能被充分地利用起来，螺栓的用量也随之大大地减少了。
2）在结构计算方法上存在区别
“普钢规范”中所提出的结构计算方法多为手算，且通过两个程序进行计算。先是在结构顶部设置一个不动铰支座，起到固定的作用，并借助外荷载的力量，计算出该支座的反力R。其次，将上述不动铰支座撤离，并将反力R作用于结构顶部，求解内力。将这两个程序进行迭加，从而得出钢结构的内力值。
“普钢规范”的结构计算方法主要是有限元法，其计算过程离不开计算机这个重要的载体。
2 构建组合墙体有限元计算模型
2.1 分析单元的选用
在ANSYS单元库里面的单元类型有很多，至少不低于150种，且大多都可有效地应用于结构分析。
一般来说，结构分析所覆盖的单元类型极广，有较为简单的梁单元、杆单元，除此之外，那些较为复杂的壳单元、实体单元等，也涵盖在内。为了充分
达成各单元自身的功用，我们需进行差异化处理。如BEAM189的每个节点有6个或7个自由度，当KEYOPT（1）默认为0时，就是每个节点有6个自由度，当KEYOPT（1）的值为1之时，就需要增加一个自由度，即翘曲量，以更好地适应新的情况。通常来说，BEAM189含有一定的应力刚度，这为有效地分析各元素的弯曲、扭转稳定性奠定了基础，这一特性通常比较适用于比较细长的梁结构，可进行组合墙体梁柱的模拟分析。
2.2 有限元计算模型的衔接处理和边界情况
组合墙体的各个构件要紧密有序地衔接起来，需要借助焊接的力量。经笔者研究，在借助ANSYS软件分析组合墙体的基础上，利用藕合办法将其有效衔接起来，具体的方法是使藕合冷弯薄壁C型钢墙架柱和钢骨架在焊接衔接处，分别在三个方向进行平行移动，这三个方向分别是x， y， z，并围绕这三个方向进行转动，而其中受约束的节点则有着相同的位移值，通过上述平动及转动，真正将组合墙体的衔接处构建成为一个刚性区域。
边界条件：边界条件的安排，需应用刚连接其底部和底梁，不但要限制底梁朝着x、y、z进行平行移动，而且还限制底梁围绕着x、y、z方向进行转动；不但要限制顶梁朝着x、y、z进行平行移动，而且还限制顶梁围绕x、y方向进行转动[2]。
2.3 有限元模型的构建
有限元模型构建具体如下：墙体构件尺寸为3m×0.6m；中间墙架柱为单根冷弯薄壁卷边C型钢C140×60×20×3.0；两侧主柱为热轧H型钢H140×140×200×10×10×10；顶梁和底梁为同类型H型钢截面，以焊接的方式，实现顶梁、底梁和墙柱的充分衔接。通过构建有限元模型BEAM189，以模拟梁单元中的梁柱，有一定的实践意义。此次研究主要应用耦合的方式实现衔接。
3 有限元分析
3.1墙柱间距对墙柱承载力的影响
基于前文的3m×3.6m有限元模型研究，借助ANSYS计算不同的墙柱间距影响墙体承载力的具体情况进行详细分析，其结果如表1所示。
通过表1可得出，当墙柱间距分别为600mm、900 mm、1200mm时，其最大应力也发生相应的变化，即墙柱轴向承载力相应有所提升。从实际使用的视角来看，600mm的間距过密，不适用于墙体，而墙柱间距若是为1200mm则显得过大，由此可知，900mm的墙柱间距是较为标准的间距。
结论
经研究分析，在竖向荷载的作用下，普钢结构与轻钢结构组合的墙柱间距越大，其墙柱轴向承载力就越大。其中，主要承受竖向荷载的一方为轻钢，普钢并未发挥作用。
参考文献
[1]张兵，傅晓俊.轻钢结构门式刚架的应用及发展.江苏冶金，2003
[2]陈晓辉.冷弯薄壁型钢结构住宅体系组合墙体竖向受力分析.[硕士学位论文].昆明：昆明理工大学，2008
[3]王有为，赵基达，童悦仲，等.美国多层轻钢结构住宅技术及其引进的相关问题.工程质量，2005