作为钢结构体系的最新形式之一,轻钢龙骨体系近年来在国际上发展迅速并广泛用于低层住宅,但在我国研究和应用还处于启动阶段。为推动轻钢龙骨体系在我国住宅、特别是多层住宅中的应用,本文以简化理论分析、数值分析及设计方法分析的创新为出发点,对轻钢龙骨体系结构性能开展了一系列研究,重点分析了该体系的抗震性能。 本文针对轻钢龙骨体系的构造特点,阐述了该体系的计算原理并介绍了该体系中各构件的承载力计算公式,对墙体立龙骨在考虑罩面板面内侧向、扭转支承效应后的屈曲临界荷载及容许承载力的确定方法给出了详细说明,可供设计和研究参考。 对于影响因素众多、理论计算困难的轻钢龙骨复合承载墙体抗侧性能,本文进行了简化方法研究,利用功能原理推导出墙体在静力作用下抗侧承载力的理论计算公式,并编制了计算程序。通过与试验结果的对比可知理论计算结果能基本反应墙体的抗侧性能,但还存在一定的误差,输入的连接参数信息不准确是导致误差的主要原因,对此本文给出了今后的研究建议,填补了复合承载墙体抗侧性能理论分析方法的空白。 为了促进轻钢龙骨体系住宅在抗震设防区的应用,本文采用有限单元法分析了复合承载墙体在单调加载和低周反复加载作用下的抗剪强度、滞回耗能性能和延性性能。在有限元模型中采用非线性连接元模拟龙骨与罩面板的自攻螺钉连接,并对连接元建立了滞回模型来反应墙体的整体耗能、刚度退化和“捏拢”现象。对于连接元的特性参数,本文首次提出了利用试验成果通过数值拟合的方法来确定。随后分析了墙体高宽比及自攻螺钉间距对其抗剪强度和滞回耗能性能的影响,结果表明减小自攻螺钉间距能显著提高墙体的抗剪强度和耗能能力。 基于所建立的墙体有限元模型,本文采用简化方法建立了轻钢龙骨体系住宅二维分析模型,研究了该体系住宅在水平地震作用下的时程反应,并对其重要影响参数——自攻螺钉间距进行了深入研究,根据分析结果对该体系住宅用于抗震设防烈度为7度、8度地区的适用范围进行了探讨,为推动轻钢龙骨体系在我国多层住宅中的应用奠定了基础。 在上述研究成果的基础上,本文提出了基于性能的多层轻钢龙骨体系住宅抗震设计方法。应用基于性能的抗震设计思想,结合我国现行建筑抗震设计规范,分别按四种不同的性能水准对多层轻钢龙骨体系住宅进行了“常遇、偶遇、罕遇、极罕遇”四类地震作用水准下的基于位移的抗震设计。设计实例表明,在7度抗震设防地区建造四到五层轻钢龙骨体系住宅完全可行,与时程分析结果相吻合。