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木材自然生长,是可再生资源,木结构绿色环保,在北美、欧洲和日本等地区广泛用于各种建筑,近几年随着国家对建筑节能减排的重视,木结构在中国也受到了人们的关注,但以往木结构形式大多用于低密度的建筑,不适合中国当前人多地少的国情,所以将木结构和常见的混凝土结构组合在一起,发挥两种结构各自的优点和特色,对推动木结构应用以及提高建筑节能效应是一种有益的尝试。
常见的混凝土与木混合结构多为结构下部采用混凝土结构,上部采用木结构。本文提出了一种新的混凝土与木混合结构形式,在混凝土框架中上下相邻两层为一个住宅单元,分户楼板和分户隔墙以及外围护采用混凝土和砌块,而两层单元内部采用轻型木结构楼板和木隔墙,即在常见的混凝土住宅中以混凝土框架为结构主体,两层单元套内部分使用木楼板和木隔墙,将现代木结构应用到多层住宅中,探索一种既舒适环保又经济耐用的住宅形式。
对于这种两层单元的混合结构,一个关键的问题就是如何考虑单元中木楼盖的刚度、木楼盖对混凝土框架水平力分配的影响以及混合结构整体抗震耗能性能。木楼盖在两层单元中是主要的抗侧力构件,并对与其相连的混凝土框架水平力的分配有着重要的影响,所以研究木楼盖的性能是本文提出的该类混合结构房屋进行整体分析的基础。
本文主要采用了试验研究的方法对该类混合结构中的木楼盖进行了研究分析,试验对象为一个单层混凝土框架与轻型木楼盖的混合结构,试验主要分为两个部分,第一部分为弹性阶段的单向加载。在加载过程中根据结构荷载位移曲线分析了混合结构在弹性阶段木楼盖的刚度和木楼盖对混凝土框架水平力分配的影响,试验共有三种不同的楼盖工况,分别为满铺木楼盖,开洞口木楼盖以及无楼盖,通过对试验结果进行对比分析,提出了轻型木结构楼盖等效刚度的计算方法。第二部分为低周反复加载,主要对合结构滞回曲线进行分析,通过对延性系数、耗能系数、结构刚度退化等方面的对比研究该类新型混合结构的抗震耗能性能。
在试验研究的基础上,以常见的六层住宅和十二层住宅结构为计算分析对象,将两层单元的混合结构应用到实际结构中,进行整体计算分析时,将两层单元套内的轻型木结构楼盖按等效刚度转换为混凝土弹性楼盖,参与结构整体计算,研究该类新型混合结构的各种性能,在相同的建筑形式下采用不同的结构方案,即传统结构和本文提出的两层单元混合结构,然后对建筑物在结构自重、结构造价、基础、结构变形、抗震性能、抗火以及其他方面进行对比分析。
本文提出的这种两层单元的混凝土和木混合结构,很好的利用了混凝土框架和轻型木结构各自的优点,在保证结构承载力和变形要求的前提下,还对结构自重、基础、造价和建筑节能环保有明显的贡献。