钢结构住宅建筑结构节能设计研究

【摘要】： 钢结构住宅被公认为绿色环保、适应住宅产业发展的结构体系。但是由于钢材本身热导率高于混凝土三十倍以上,钢结构住宅面临的保温节能问题更加严峻。本文主要利用Ansys有限元软件,针对夏热冬冷地区钢结构住宅梁柱热桥节能问题和钢框架-轻质砌体温度应力问题进行了分析。通过数值计算总结规律,为设计提供参考。 首先本文建立稳态传热模型,分析了自保温体系钢结构住宅中梁柱热桥的热工性能,总结了常见钢柱形式和常见保温形式的节能特点。通过计算给出了为满足冬季室内不结露标准,各类型钢柱所需的最小保温构造。 在分析钢柱节能构造的基础上,针对钢柱+钢挑梁结构进行了节能分析。指出挑梁在适于阳台、雨篷构造的同时,也带来局部能耗“黑洞”的问题。为消除挑梁带来的能耗影响,本文提出一种新型局部外包保温层的构造,并讨论了构造的经验公式。 文章总结了既有围护结构节能构造形式,提出了自主节能和复合节能构造的概念。提出了两种新型自主节能H型钢柱体形式,通过与普通H型钢、普通蜂窝柱的对比,指出了新型柱体热工和力学性能优秀,有推广应用的潜力。最后本文分析了钢框架-轻质砌体围护结构在不同温度荷载下的温度应力问题。总结了温度应力的分布规律,指出温度作用下,钢框架相对混凝土框架更易导致砌体开裂。最后对常见裂缝控制的构造方式进行了分析。 【关键词】：钢结构住宅 节能 有限元法 热桥 稳态传热 温度应力
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU391;TU201.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 钢结构住宅发展概述11-17
• 1.1.1 钢结构住宅概况11-12
• 1.1.2 常见的钢结构住宅体系12-14
• 1.1.3 钢结构住宅围护体系14-16
• 1.1.4 钢结构住宅面临的问题及发展16-17
• 1.2 建筑节能概述17-23
• 1.2.1 我国建筑节能现状17-19
• 1.2.2 节能建筑材料19-20
• 1.2.3 外墙保温技术20-22
• 1.2.4 钢结构住宅节能设计22-23
• 1.3 本文所做的主要工作23-25
• 第2章 传热分析及温度应力分析25-41
• 2.1 传热分析基础25-32
• 2.1.1 传热分析理论25-26
• 2.1.2 边界条件和初始条件26-27
• 2.1.3 稳态传热的数值求解方法27-28
• 2.1.4 无内热源稳态传热有限单元法28-32
• 2.2 温度应力分析32-34
• 2.2.1 温度应力的产生32
• 2.2.2 框架-砌体有限元模型32-34
• 2.2.3 温度应力有限元软件分析方法34
• 2.3 夏热冬冷地区计算环境34-36
• 2.3.1 计算环境的选取34-35
• 2.3.2 冬季室内外温度35-36
• 2.3.3 冬季室内露点温度36
• 2.4 Ansys有限元软件的计算精度验证36-40
• 2.4.1 一维温度应力分析与理论计算对比36-38
• 2.4.2 二维平壁传热分析与理论计算对比38-39
• 2.4.3 二维传热分析与文献实验结果对比39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 钢结构住宅梁柱热桥分析41-54
• 3.1 钢结构住宅梁柱热桥构造41
• 3.2 钢结构柱体热桥分析及对比41-50
• 3.2.1 计算模型的建立41-42
• 3.2.2 各种柱体形式节能对比42-45
• 3.2.3 各种保温形式节能对比45-50
• 3.3 夏热冬冷地区钢柱节能设计50-52
• 3.3.1 H型钢柱外保温设计50-52
• 3.3.2 方钢管混凝土柱节能设计52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 钢结构住宅阳台挑梁节能设计54-66
• 4.1 现阶段钢结构住宅阳台构造设计54-55
• 4.2 挑梁的存在对柱体节能的影响55-57
• 4.3 钢柱-挑梁热桥节能设计57-64
• 4.3.1 节能设计模型57-60
• 4.3.2 影响节能设计的因素60-61
• 4.3.3 经验公式的拟合61-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 自主节能H型钢柱设计探讨66-87
• 5.1 自主节能与复合节能技术66-71
• 5.1.1 自主节能与复合节能66
• 5.1.2 自主节能的实现形式66-70
• 5.1.3 蜂窝构件研究概述70-71
• 5.2 两种节能蜂窝柱热工性能分析71-75
• 5.2.1 传统单排孔蜂窝柱节能分析71-73
• 5.2.2 新型双排孔蜂窝柱节能分析73-75
• 5.3 两种节能蜂窝柱力学性能分析75-84
• 5.3.1 理想轴压杆稳定计算理论75-77
• 5.3.2 轴心受压蜂窝柱绕弱轴失稳的整体稳定性77-80
• 5.3.3 轴心受压蜂窝柱绕强轴失稳的整体稳定性80-82
• 5.3.4 两种蜂窝柱的扩张比的选择82-84
• 5.4 接缝断热H型钢柱性能分析84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 第6章 钢框架-轻质砌体外墙温度应力分析87-108
• 6.1 钢结构住宅外围护体系87-88
• 6.2 加气混凝土砌块填充墙裂缝的研究88-89
• 6.2.1 研究现状88-89
• 6.2.2 研究方法89
• 6.3 计算模型89-93
• 6.3.1 基本假定89
• 6.3.2 计算参数89-90
• 6.3.3 计算模型90-93
• 6.4 墙体温度应力的分布93-98
• 6.4.1 均匀温度场下温度应力的平面分布93-95
• 6.4.2 均匀温度场下温度应力沿厚度方向分布95-96
• 6.4.3 不均匀温度场下温度应力的分布96-98
• 6.5 温度应力与框架尺寸关系98-102
• 6.5.1 温度应力与框架高宽关系98-99
• 6.5.2 温度应力与框墙相对厚度关系99-102
• 6.6 墙体开裂的处理方式102-106
• 6.6.1 采用弹性接缝材料102-103
• 6.6.2 设置构造柱103-105
• 6.6.3 分离式构造105-106
• 6.7 本章小结106-108
• 第7章 结论与展望108-111
• 7.1 主要结论与创新点108-109
• 7.2 研究展望109-111
• 参考文献111-115

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