李聪 张喜臣 郑恒 王烨

0 引言

装配式蒸压加气混凝土轻钢复合墙体具有施工快捷、技术先进、节能环保以及经济合理等特点，可以实现提高建筑质量、提升生产效率、降低成本、实现节能减排和保护环境的目标。图1 为典型复合墙体支承龙骨示意图。

图1 典型复合墙体示意图

该复合墙体原设计方案的框架节点采用全焊接连接，考虑到支承龙骨间连接节点数量较多，钢龙骨壁厚较薄，为了控制复合墙体C 型钢龙骨间的节点连接质量，保证节点连接强度，现方案改为全螺栓连接，框架节点连接螺栓数量4 个、规格M8。本文采用通用有限元分析软件ABAQUS 对支承框架三个比较典型的节点进行非线性对比分析，得出不同连接方式对节点承载力和支承结构整体刚度的影响。

图2 支承框架示意图

图3 支承框架连接节点构造示意图

1 计算分析

1.1 材料本构关系及单元类型

支承框架采用Q235B 钢材，材料应力-应变曲线采用具有一定强化刚度的二折线模型，强度准则应采用von Mises 屈服条件，本构关系曲线如图4 所示。

图4 Q235B 本构关系

综合考虑框架连接节点构造以及计算精度和规模的影响，单元类型选取C3D20 实体单元，节点有限元分析采用实体单元，在构件连接处，节点内外表面拐角处等易于产生应力集中的部位，实体单元的最大边长不应大于该处最薄壁厚，其余部位的单元尺寸可适当增大，但单元尺寸变化宜平缓。

1.2 基本分析模型

支撑框架采用C 型钢，截面尺寸为100mm×50mm×3mm，连接螺栓规格M6。建模时，节点连接部位采用布尔运算进行处理。结构整体分析模型见图5 所示。

图5 支承框架整体分析模型

1.3 计算参数选取

自重荷载标准值：1.5 kPa，风荷载标准值：北京地区，地面粗糙度类型B 类，计算高度100m，风荷载标准值2.16 kPa。

2 整体模型对比分析

通过比较两种连接节点的支承框架自振周期，风荷载标准作用下的框架整体变形量，来分析不同节点连接方式对支承结构刚度的影响。

表1 前五阶自振周期对比

图6 全焊接连接框架风荷载作用下变形/mm

图7 全栓接连接框架风荷载作用下变形/mm

整体模型计算分析结果：自振周期T1：焊接/螺接=0.046/0.088=0.52；风荷载标准值下位移比：焊接/螺接=11/42=0.26。上述计算结果表明支承框架间连接方式由焊接改变为栓接后，结构刚度存在一定程度降低。

3 细部连接节点对比分析

对支承框架3 个比较典型的连接节点进行建模分析，根据节点的具体约束形式确定与实际情况相似的边界条件，并且作用在节点上的外荷载和约束力的平衡条件应与设计内力一致。通过对比全焊接和全栓接连接节点的承载力，以及验证在设计荷载作用下全栓接节点是否发生强度破坏、局部稳定破坏和因过度变形而不适于继续承载等。

3.1 框架角部连接节点

首先对支承框架右上角部节点进行建模分析，建模时，框架端部施加固定约束，根据整体模型分析结果，挂装孔部位施加节点荷载，分析模型见图8 所示。

图8 框架角部节点分析模型

比较图9～ 11 可知，计算得到节点最大应力为223MPa，主要集中在螺栓孔附近，节点未发生屈服。

图9 焊接区域未达到屈服应力

图10 挂装螺栓孔附近局部屈服

图11 部分框架连接螺栓达到屈服应力

3.2 框架边部连接节点

支承框架边部连接节点分析模型见图12 所示，侧边柱两端施加固定约束，两支杆端依据整体模型内力分析结果进行荷载施加。分析结果见图13～15 所示。

图12 框架边部节点分析模型

图13 焊缝角点处局部应力集中并屈服

图14 节点保持弹性受力状态

图15 连接螺栓未发生屈服

3.3 框架内部连接节点

支承框架内部连接节点分析模型见图16 所示，横梁两端施加固定约束，立柱一端依据整体模型内力分析结果进行荷载施加，另一端施加固定约束。分析结果见图17～19 所示。

图16 框架内部节点分析模型

图17 焊接区域未达到屈服应力

图18 螺栓孔附近局部屈服

图19 连接螺栓未发生屈服

4 结论

通过对两种不同节点连接方式的装配式蒸压加气混凝土轻钢复合墙体支承框架整体刚度和节点受力性能进行对比分析，可以得到以下结论：

（1）采用焊接节点构造的墙体支承框架其结构整体刚度更大，栓接节点构造支承框架整体刚度可以满足设计要求，而且结合墙体构造，并考虑面板蒙皮作用，框架实际承载力和刚度均大于计算值。

（2）三类有限元节点对比分析结果说明，全焊接节点构造，在连接焊缝部位存在应力集中，除边部节点出现屈服点，其它两种节点均保持弹性受力状态；全栓接节点，主要表现为螺栓孔部分区域存在应力集中，角部节点螺栓孔及部分连接螺栓发生屈服，另两类节点基本保持弹性。

分析结果说明，采用全栓接节点的墙体支撑框架其受力性能可以满足工程设计要求，且与全焊接节点构造相比更易控制施工质量，提升装配式墙体安装效率。