冷弯薄壁型钢—稻草板开洞组合墙体抗剪性能研究★

李思雨 张秀华 张华鹏 马彦龙 耿禹坤

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

冷弯薄壁型钢组合墙体主要由型钢骨架和覆面板组成，是冷弯薄壁型钢结构的重要承重构件之一［1，2］。冷弯薄壁型钢结构体系以其绿色环保、可重复利用等优点而著称，在一些发达国家得到了广泛的使用和推广。组合墙体是冷弯薄壁型钢结构的主要受力构件，实际工程中为满足建筑的使用功能，是需要给墙体开门窗洞口的，开洞口对组合墙体的承载力和稳定性有显著影响。因此对冷弯薄壁型钢—纸面稻草板组合墙体抗剪性能进行研究，对该墙体的工程应用有重要意义。

轻钢结构力学性能优良，钢材可以重复回收再利用，比传统的建筑材料更节约能源，保护环境，符合国家对可持续发展理念的倡导，未来以冷弯薄壁型钢和墙面板组合的墙体有很大的发展潜力。

1 组合墙体抗剪性能研究现状

组合墙体主要由型钢骨架和覆面板组成，二者通过自攻螺钉等方式进行连接。

1.1 国外研究

Serrette［3，4］等对冷弯薄壁型钢组合墙体进行了单调加载和往复加载试验。通过试验发现:外围螺钉间距越小，墙体的抗剪性能越好;往复荷载下墙体的抗剪强度不如单调加载下墙体的抗剪强度。

澳大利亚昆士兰大学的Ronagh等［5］进行了冷弯薄壁型钢组合墙体往复加载试验，以研究其力学性能。试验表明:单面覆板的组合墙体整体性能较差，而双面覆板的组合墙体表现良好，没有发生脆性破坏。

Baran等人［6］通过对足尺寸组合墙体进行单调受剪试验。试验发现，墙体底部抗拔构件和它附近的下导轨型钢破坏较严重，这表明抗拔件提供的抗力大小对组合墙体的承载力有很大影响。此外型钢骨架中对角支撑的存在，能略微提高组合墙体的承载力和前期刚度。

1.2 国内研究

经过我国研究人员的不断努力，在组合墙体抗剪性能方面也已经取得了一定进展。

研究学者有周天华、周绪红、苏明周等人［7－10］，研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪性能。通过试验发现:加载方式和洞口尺寸对墙体承载力有一定影响;水平单调加载较往复加载的墙体抗剪性能要好;采取同样的构造措施，开洞口的百分比越大，墙体承载力越差;开洞口组合墙体破坏主要在洞口部位，表现为柱子弯曲变形和洞口处覆面板的变形。通过ANSYS软件，分析表明墙面板材料、墙体高度、螺钉间距的不同对组合墙体承载力的影响。

2 冷弯薄壁型钢—稻草板组合墙体

冷弯薄壁型钢—稻草板是基于以往类似组合墙体，把覆面板更换成了在建筑工程中较少使用的纸面稻草板。东北林业大学的张秀华课题组已经对冷弯薄壁型钢—稻草板组合墙体进行了多方面的深入研究，主要做了相关力学性能试验和有限元数值模拟分析。

杨景程［2］、张义卓［11］、李超然［12］对该组合墙体的力学性能进行了研究，结果表明:该组合墙体具有较大的抗剪承载力，二者具有良好的协同工作能力;增大型钢厚度、使用屈服强度更高的钢、增大立柱截面高度、减小立柱间距、减小外围自攻螺钉间距等方法都能使墙体的承载力提高。其中李超然研究的开洞组合墙体的轴压力学性能，对该墙体的抗剪性能研究方面比较欠缺，因此有必要进行更深入的研究。

钢—稻草板组合墙体使得二者的优势得到了充分发挥，该组合结构具有轻质高强、力学性能优良和整体性好等优点，实际建筑工程当中可进行推广应用。

3 钢—稻草板开洞组合墙体抗剪性能影响因素

在冷弯薄壁型钢结构住宅体系中，“墙”作为建筑八大构件之一，在实际应用中需要承受风荷载、地震荷载等。因此研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪和抗震性能，一直是国内外研究学者关注的热点问题。目前，美国等欧美发达国家已经对型钢组合墙体进行了大量研究，并取得了初步成就。我国在该方面也取得了一定的成果，为国家制定相关规范提供了依据。本文中冷弯薄壁型钢—稻草板组合墙体和传统组合墙体的构成类似，只是把覆面板材换成纸面稻草板，东北林业大学的张秀华课题组已经对该组合墙体进行了多项力学性能试验，主要有轴压和抗剪性能试验，并取得了相关研究成果，获得了部分结论，是为了能在实际工程中推广此类结构的使用，继续开展对冷弯薄壁型钢—稻草板开洞口组合墙体的相关理论分析，为这种组合墙体的应用提供更多依据。

本文通过阅读大量参考文献，得出影响开洞组合墙体性能的主要因素:

1)型钢截面尺寸;

2)洞口大小、开洞位置、开洞率;

3)洞口上方是否设置过梁;

4)蒙皮效应;

5)支撑等加固措施。

冷弯薄壁型钢—稻草板组合墙体的力学性能已经得到相关试验的验证，李超然对开洞口组合墙体轴压力学性能进行探究，目前还未对该组合结构的抗剪性能开展深入研究。试验把所有类型的墙体都做一遍有一定的难度，试件数量、人力和科研经费等的限制，对于试验考虑到的墙体类型，用有限元程序模拟分析估计其承载力的范围。因此有必要在课题组试验的基础上进行更深入的理论发掘，从分析结果当中总结变化规律。笔者建议主要对以上影响因素开展相关研究，为该墙体在实际工程中的应用提供依据。

4 结语

考虑到冷弯薄壁型钢结构建筑可以很好地应用到村镇和低层建筑使用中，以及纸面稻草板相比于其他覆面板材的优越性，本文以纸面稻草板作为墙体覆面板的冷弯薄壁型钢结构为研究对象。采用这种结构的建筑，空间利用率较大，施工效率高、隔音降噪等优点，符合我国相关政策的规定和提倡。

目前，冷弯薄壁型钢—稻草板组合结构是一种新型建筑结构，绿色环保的建筑材料与安全稳定的建筑结构是国家极力提倡的，针对冷弯薄壁型钢—稻草板组合墙体开洞口时抗剪性能的研究还没有深入开展，特别是常见洞口尺寸组合墙体的设计思路，因此需要进行多方面的研究，为该组合结构的实际应用提供更多依据。