本文是一篇结构工程论文，本文以 PVC 生态木作为钢结构建筑墙体材料，展开了 PVC 生态木在低层轻钢框架结构房屋中的应用研究。
第 1 章 绪论
1.1 选题来源与研究背景
1.1.1 选题来源
本论文依托校企合作项目，作为吉林省发改委省级产业创新专项资金项目“严寒地区 PVC 生态木在绿色生态集成房屋中应用”（2017C048-4）研究的子课题，双方经过多次论证，研究路线清晰，方法可行；PVC 生态木墙板的各项技术指标参数由吉林华邦新材料科技有限公司提供，承接方为长春工程学院设计院，在结构分析方面工程经验丰富，学校结构实验室为省级重点结构实验室，提供试验设备及实验场地，双方优势互补，能够保证课题的顺利完成。
本项目研究成果将应用于实体样板房屋，做到理论与实际相结合，为低层轻钢框架结构房屋在我国工程中的推广与应用提供理论依据。
1.1.2 研究背景
钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好、建设周期短、施工方便且质量能够得到保证的优点，具有较高的推广与应用价值。随着住宅产业化的推行，钢结构作为装配式住宅的优选结构形式，已被广泛应用于工业与民用建筑中。2016 年国务院《关于大力发展装配式建筑的指导意见》更是大力支持装配式建筑的发展，力争用十年时间使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到 30%，相信钢结构将迎来新的发展机遇。
作为世界第一产钢大国，为促进钢材在利用量，就必须有计划的推广钢结构在建筑工程中的应用，因此国家近几年制定了一系列政策，2014 年，国务院印发的《国家新型城镇化规划(2014-2020)》中要求绿色新增建筑比例从 2012 年的 2%提高到 2020 年的 50%。2017 年住建部相继发布国家《装配式钢结构建筑技术标准》、《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》来规范钢结构市场的健康发展，随着绿色建筑与住宅装配化的推广，钢结构的所占比例将会大幅度提升。
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1.2 研究目的及意义
1.2.1 研究目的
轻钢框架结构作为低层钢结构房屋的常见结构形式，具有钢结构所有优点，已经广泛应用于居住建筑、旅游区建筑、工业建筑领域，尤其是在抗震设防烈度较高以及地震易发区域。因此，本论文选择低层轻钢框架结构作为研究对象，旨在对于预制装配化钢结构在中国的工程应用与推广提供一定的理论依据与设计指导。
与此同时，在钢结构工程中采用预制墙板是推进建筑工业化需要解决的问题之一，而目前既能与轻钢结构配套使用又能适应工业化生产和标准化制作的墙板非常少，这将制约轻钢结构推广与应用。鉴于 PVC 生态木的诸多优点，本文将对PVC 生态木在低层轻钢框架结构房屋中的应用进行构造与结构分析研究，为这种覆板的围护结构在低层轻钢框架房屋的应用提供合理的设计方案与可靠的理论支撑。
1.2.2 研究意义
钢结构应用于多、高层的结构技术已相对成熟，但与之相配套的围护结构体系研究却相对滞后，墙板的选用作为围护结构中的关键问题一直没有得到很好的解决，限制了轻钢结构体系的应用与推广。本文从钢结构中的围护结构出发，以 PVC生态木作为围护结构的墙体材料，对组合墙体（覆 PVC 生态木的轻钢龙骨墙体）的连接构造进行设计与研究，并就组合墙体与钢框架的连接构造进行设计与研究，并就这种组合结构的力学性能进行理论与有限元模拟的计算与分析，从而为类似工程及墙板材料的应用提供一定的理论依据。
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第 2 章 PVC 生态木与低层轻钢结构房屋
2.1 PVC 生态木
2.1.1 PVC 生态木生产工艺
生态木是高分子材料与木质粉末以及其他纤维废料按配合比，通过高温、挤压、成型等工艺制成的型材，其生产工艺流程如下：原料混合→原料造粒→配料→干燥→挤出→真空冷却定型→牵引并切割→检验包装→包装入库，成型方式有压制成型、挤出成型、注塑成型三种。
2.1.2 PVC 生态木特点
生态木具有以下特点：
（1）生产原料要求低，可以采用木材加工中产生的木屑等废弃物以及水稻的外壳；
（2）制品表面光滑、平整，无需涂饰，具有光泽，并且可压制出立体图案的制品；生态木则表面比实木光滑，很平整，没有凹凸感，只有通过压木纹来表现凹凸感，触感上比较像塑料；
（3）制品尺寸稳定性良好，无裂纹并且不翘曲；生态木软，柔韧性比较好；
（4）制品生产过程中可加入着色剂，制成彩色制品，适应不同色彩环境的要求；
（5）加入高分子材料，防虫、防腐性能好；
（6）材料经过高温形成制品，耐热性能好；
（7）耐候性好；
（8）资源利用率高，可二次加工循环利用，绿色环保。
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2.2 低层轻钢结构房屋
2.2.1 低层轻钢结构房屋结构体系
2.2.1.1 结构体系类型
钢框架结构体系与冷弯薄壁型钢结构体系是低层轻钢结构建筑中应用的主要结构体系，下面分别对两种结构体系进行概述。
（1）钢框架结构体系
低层轻钢框架结构体系的承重骨架主要由热轧 H 型钢、高频焊接 H 型钢和冷弯方管等制成的构件组成，见图 2-1。轻钢框架结构体系受力与传力明确，其与混凝土框架体系相似，但是其抗侧移刚度比混凝土框架结构小，属于典型的柔性结构体系，其抗侧移刚度主要由框架梁柱形成的骨架提供，因此用钢量较大。轻钢框架结构体系多采用双向刚接，通过加大结构自身的侧移刚度，来减少抗侧移构件内力，尤其是强地震区，双向刚接可以加强能耗机制，从而提高建筑物的延性。
低层轻钢框架结构体系一般不超过 6 层，普遍应用于 1～3 层的轻钢结构房屋中，与混凝土框架结构体系类似，设计时取一榀钢框架进行计算，此时横向框架作为水平与垂直荷载的主要承载对象，而纵向框架承受比较小的荷载，主要与横向框架组成空间结构，加强整体刚度。轻钢框架结构体系与混凝土框架结构体系共同点在于柱子主要承受压力与弯矩，梁主要承受弯矩，不同之处在于轻钢框架中梁柱截面比较小，需要严格的稳定性验算，防止平面外失稳破坏。
轻钢框架结构体系中由于框架梁、柱布置灵活，形成的纵横向框架，可以创造比较大的空间，为二次设计提供便利，可自由开窗，满足用户对采光的要求。由于框架梁柱都是工厂制作，现场进行安装，施工速度快，大大缩短施工工期。
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第 3 章 外挂生态木覆板的轻钢龙骨组合墙体构造及其与钢框架连接设计.......... 15
3.1 外挂生态木覆板的轻钢龙骨组合墙体构造..................... 15
3.2 外挂生态木覆板的轻钢龙骨组合墙体热工性能理论分析........................ 16
第 4 章 生态木覆板的轻钢龙骨组合墙体均布荷载试验........................... 34
4.1 PVC 生态木覆板试件设计 .................. 34
4.1.1 外挂组合墙体试件设计与制作................... 34
4.1.2 屋面板试件设计与制作.................. 36
第 5 章 外挂组合墙体及外挂组合墙体与钢框架协同作用的有限元模拟.............. 64
5.1 外挂组合墙体试件有限元模型的建立.................... 64
5.1.1 部件的建立与装配....................... 64
5.1.2 部件单元的选取与网格划分................ 65
第 6 章 轻钢框架结构与混凝土框架结构计算与经济性对比分析
6.1两种结构经济性对比分析
通过以上结构计算分析，两种结构方案都满足承载力与变形的要求，在此结构方案的基础上从工程量与工程造价两方面对两种结构进行经济性分析。
工程量对比不仅是材料使用量的对比，而且还有用劳动量与施工工期的对比分析，因此工程量的对比主要在分析各分部工程，并且依据《建设工程劳动定额建设工程》（LD/T72.1~11－2008）计算劳动量，并算出相应的施工工期。
基础工程作为建筑工程的重要组成部分，其造价约占工程造价的 20%~40%，同时由于钢框架结构与混凝土框架上部结构重量相差较多，因此分析基础工程量就非常有意义，计算出工程量如表 6-16 与 6-17 所示。
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第 7 章 结论与展望
7.1 主要结论
1.通过有限元模拟与理论计算得到外覆 PVC 生态木的轻钢龙骨结构墙体厚度至少 200mm 才能满足保温节能 65%的要求，并且这种外挂组合墙体满足规范关于强度与挠度的要求，可以推广应用。
2.试验中外挂组合墙体、内墙体、屋面板试件在均布荷载作用下均满足正常使用要求下挠度与承载力要求；外覆的 PVC 生态木条形板在用连接件与 OSB 板连接时没有出现滑移脱落现象，说明连接形式是可靠的。
3.均布试验中外挂组合墙体中填充有岩棉虽然可以加强墙体整体变形，但总体对结构受力影响较小，设计时可以忽略不计。
4.均布试验中外挂组合墙体、内墙体、屋面板的龙骨腹板高度不同，试验中龙骨腹板高度越大局部屈曲越明显；外挂组合墙体中竖龙骨跨中腹板局部屈曲靠近腹
