由冷弯薄壁型钢骨架和墙板组合的结构体系是轻钢低层住宅中一种富有特色的新型结构体系。由钢立柱两侧翼缘和石膏板、OSB板通过自钻螺钉相连而形成的墙柱体系是此种结构的主要竖向承重单元。本文的研究目的是得到墙柱体系在轴心荷载作用下的极限荷载和破坏模式。 墙柱体系在理论分析时可将墙板简化为沿立柱高度方向连续分布的侧向支撑弹簧。本文采用能量法建立了双侧不同材料墙板和单侧墙板支撑立柱的总势能方程,按一端简支一端固定的边界条件建立了变形函数,通过变分原理,首次推导出双侧不同材料墙板和单侧墙板支撑立柱弹性屈曲荷载的计算公式。 本文建立了试验构件的有限元分析模型,用壳单元模拟立柱和墙板,梁单元模拟连接立柱和墙板的自钻螺钉。通过材性试验确定立柱和墙板的材性参数取值,分析过程中考虑材料和几何双重非线性,得到了立柱的极限荷载和破坏模式。 在试验研究方面,首先,对钢材和墙板进行了材性试验,得到了材料的弹性模量和强度;由于墙板和立柱是通过自钻螺钉连接在一起,因此对钢板-墙板之间由自钻螺钉相连的抗剪性能进行了试验研究,得到了连接件的剪切刚度。其次,进行了单根立柱的轴压性能试验,通过夹具和刀铰支座的共同作用,实现了两端简支的边界条件,得到了立柱极限荷载和破坏模式。再次,无墙板钢骨架通常有钢带支撑、槽钢支撑和十字交叉钢带支撑三种支撑形式,通过对三种类型支撑在轴心荷载下的足尺试验,得到了钢骨架的极限荷载和破坏模式。最后,对墙柱体系进行了试验,分别考虑单侧面板和双侧面板对立柱支撑,并考虑墙板材料、螺钉间距、立柱间距和腹板孔洞对极限荷载和破坏模式的影响。 从上述研究,可以得出以下结论: (1)试验值与有限元数值非常接近,表明本文建立的有限元模型是正确的。 (2)对于钢骨架,试验表明支撑能够将立柱极限荷载提高20%。 (3)对于墙柱体系,试验表明双侧墙板支撑立柱的极限荷载是钢骨架的两倍,单侧墙板支撑比钢骨架提高25%。墙板对立柱的支撑作用是明显的。 (4)刀口支座和专用夹具配合使用能较好的模拟单根立柱的简支边界条件。用中国冷弯薄壁型钢规范计算厚度小于2mm的轴心受压构件是安全的。