低层建筑复合保温墙体结构工作性能试验与理论研究

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我国村镇房屋多为自建低层房屋,极少抗震节能设计,保温效果差,能源消耗大,抗震能力极其薄弱,村镇房屋破坏或倒塌,是造成历次大地震中人员伤亡和财产严重损失的根本原因。因此,研发适于村镇建筑的低层抗震节能房屋结构,已成为工程界亟待解决的问题。本文提出了再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合墙体结构和格构配筋异形柱轻质墙体结构,较系统地进行了结构抗震试验研究,以及墙体热工性能试验研究,并进行了理论分析和设计技术研究。主要工作与贡献:  1、提出了再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合保温墙体结构,墙体两侧再生混凝土砖与粉煤灰砌块夹层,通过拉结筋构造形成了共同工作整体,协同受力。较系统地进行了试验研究,包括:6种复合墙体单元受压性能试验研究,分析了受压承载力和破坏特征,给出了承载力计算方法;1个原型墙体试件低周反复荷载试验研究,分析了承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能和破坏特征,揭示了损伤演化过程和受力机理;1个单层房屋结构在EL-Centro地震波作用下的振动台试验研究,试验中将该结构抗震试验与课题组提出的一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震技术进行了结合,首先进行了隔震试验,隔震阶段结构无损伤,之后将上下基础梁固定,进行了抗震试验,研究了位移、加速度时程地震反应,分析了结构动力特性变化过程,阐明了损伤演化过程。  2、提出了格构配筋异形柱轻质墙体结构,格构式配筋异形柱和内藏网状钢丝粉煤灰砌块轻质墙体共同工作,协同抗震。进行了1个单层格构配筋异形柱轻质墙体结构在EL-Centro地震波作用下的振动台试验研究,试验中同样将该结构抗震试验与玻璃珠-石墨基础滑移隔震技术进行了结合,首先进行隔震试验,隔震阶段结构无损伤,之后将上下基础梁固定,进行抗震试验,分析了位移和加速度时程地震反应,阐明了结构动力特性变化过程与屈服机制,揭示了损伤演化过程和抗震机理。  3、进行了11个不同构造墙体试件的热工性能试验研究,试件墙体主要包括再生混凝土现浇墙体、普通混凝土现浇墙体、再生混凝土砖砌体墙体、粘土砖砌体墙体、再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合墙体、粘土砖-粉煤灰砌块复合墙体、EPS模块保温复合墙体等。分析了各墙体试件构造型式对传热系数的影响,得到了其输入功率随时间的变化曲线,给出了对不同构造墙体热工性能评价要点与传热系数修正计算方法,提出了高性能保温复合墙体构造作法。  4、结合工程设计,提出了新型复合墙体结构的设计方法,给出了合理抗震构造,说明了建造工艺要求,在实际工程应用中取得了良好的技术效果。  主要结论:  (1)研发的再生混凝土砖-粉煤灰砌块墙体结构具有良好的工作性能:热工性能良好;易施工,成本低;再生混凝土砖与粉煤灰砌块通过拉结筋构造可较好协同工作,共同抵抗地震作用。振动台试验表明:基础滑移隔震工况下,8度大震激励后,再生混凝土砖-粉煤灰砌块墙体结构模型未发现明显损伤现象;抗震工况下,8度中震下墙体出现开裂,但无明显损伤破坏,8度大震下墙体有明显损伤破坏,但仍具有良好的抗倒塌能力。  (2)研发的格构配筋异形柱轻质墙体结构具有良好的工作性能:墙体热工性能好;格构配筋异形柱施工快、成本低;内藏网状钢丝粉煤灰砌块墙体抗震能力比普通粉煤灰砌块墙体显著提高;格构配筋异形柱与网状钢丝粉煤灰砌块墙体共同工作性能良好。试验表明:基础滑移隔震工况下,8度大震激励后,格构配筋异形柱轻质墙体结构模型未发现明显损伤现象;抗震工况下,8度大震激励后,墙体有开裂与损伤,但格构配筋异形柱框架并未明显屈服,结构整体具有两道抗震防线,即便多次8度大震激励后,结构仍具有良好的抗倒塌能力。  (3)不同构造的墙体试件热工性能研究表明:再生混凝土墙体比普通混凝土墙体保温性能好;夹砌粉煤灰砌块后的再生混凝土砖墙体与普通再生混凝土砖墙体相比,热工性能显著提高;EPS模块外保温再生混凝土砖墙体,与再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合墙体相比,热工性能明显提高,但造价相对高,施工相对复杂,特别是耐久性和防火性能相对差。因此,研发的再生混凝土砖-粉煤灰砌块复合墙体结构,在目前经济条件下,比较适于我国多数村镇地区的农房砌体房屋建造。  (4)结合工程,提出的新型抗震节能墙体结构适用范围、设计方法、构造措施和建造工艺,以及成功的实施案例,可供工程设计与建造参考。
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