复合材料的蒙皮效应研究建筑工程论文
摘要：随着现代化进程的推进，和钢产量的不断提高，我国在轻钢结构建筑领域取得了长足的发展，在低层民用住宅和低层厂房中得到了广泛的应用。这不仅响应了我国限粘的政策，更贴合了可持续发展的方针，具有良好的社会意义。蒙皮效应在轻钢结构中普遍存在，但其应用依然受到很多限制。文章所研究的复合材料的蒙皮效应对于轻钢结构的推广以及设计有一定的参考价值。
关键词：复合材料；轻钢结构；蒙皮效应
与传统的钢筋混凝土结构相比，轻钢结构具有制作简单、安装方便、施工速度快的优点，并且节能、绿色环保、可循环利用。变更传统的住宅建筑理念，实现住宅产业化、现代化，是我国国情的基本要求。
随着轻钢结构在我国的迅速推广，出于对建筑节能和环保的考虑，围护材料仅使用压型钢板已不能满足房屋的舒适性要求。压型钢板较薄，不能起到良好的'保温、隔热作用，而夹芯板恰好弥补了这一缺点。夹芯板是由两层成型金属面板（或者其他材料面板）和直接在面板中间发泡、熟化成型的高分子隔热内心组成的，具有良好的整体性和优异的材料性能，轻质、高强、抗震、防水、美观。
1、复合材料夹芯板的蒙皮效应
蒙皮结构主要由三部分组成：框架构件、蒙皮板和连接件。当夹芯板与檩条及板与板之间通过不同的紧固件可靠连接时，夹芯板与钢骨架即可协同工作，提高建筑结构的空间刚度和稳定性，能够有效地传递夹芯板平面内的剪切力，进而可取代或部分取代屋盖体系支撑间的纵向系杆，减少屋面横向水平支撑。下面以一3层冷弯薄壁型钢密肋结构体系住宅为例进行详细阐述。该工程的有限元模型如图1和图2所示。
考虑蒙皮效应与不考虑蒙皮效应，结构在X、Y、Z三个方向上的最大位移对比见表1。
根据最不利荷载工况，在有限元模型中施加荷载并求解，得裸钢骨架和布置蒙皮两种情况的位移图，如图3-图6所示。
从图中可以看出，仅一层结构处Y方向出现了较大的挠度，原因在于此处屋面梁跨度大，为6.6m，蒙皮板于框架间的连接件布置较稀疏，另外屋面是上人屋面，荷载取值也大。布置蒙皮后，结构Y方向位移降低了53.10%，更加趋于安全。表1表明，加有蒙皮的结构比裸钢骨架在X、Y、Z三个方向的位移均有明显减小，其中以X方向最为突出，由-0.003147m降低到-0.000382m，降低幅度达87.86%。水平位移主要受水平荷载影响，在该模型中风荷载从X的负方向吹向X的正方向，在该轴上产生了同向的作用力，考虑蒙皮效应后，结构侧移得到极大改善。蒙皮效应使房屋的受力性能被改变，所以对于某些轻钢结构如要真实地反映工程实际状况需在设计中考虑蒙皮效应的影响。
2、蒙皮效应的影响因素
2.1夹心板厚度对蒙皮效应的影响
夹芯板是一种复合材料，面板和芯材的厚度不同蒙皮效应所体现的效用也不同，为研究其影响文章选择了四种不同的夹芯板，其一，面板厚0.5mm，芯材厚85mm；其二，面板厚0.5mm，芯材厚90mm；其三，面板厚0.5mm，芯材厚95mm；其四，面板厚0.8mm，芯材厚85mm。通过有限元模型计算分析，得出结构在上述各种情况下的最大位移值。
不论是增加芯材的厚度，还是增加内、外面板的厚度，结构在X、Y、Z三个方向上的最大位移均有所减小，进而可以得出结论，增加复合材料蒙皮板的厚度可以降低结构的位移值，使结构刚度得到一定程度的提高。纵向对比，复合材料蒙皮板板厚为（0.8+85+0.8）mm时，结构各方向位移减小的幅度最大，因此增加内、外面板的厚度比增加芯材的厚度效果更好。横向对比，Y方向上位移减小的幅度较大，X方向次之，Z方向保持不变。总体来说，虽然位移值都得到了一定程度的降低，但其调整幅度都限制在较小的范围内，由此可以说明，增加复合材料蒙皮板的厚度能够提高结构的整体刚度，这种提高并不会大大改善结构的抗变形能力，在实际工程应用中应根据情况选用较为经济合理的厚度。
2.2连接方式对蒙皮效应的影响
蒙皮板与框架之间的连接状况对能否考虑蒙皮效应及蒙皮效应的作用大小有很大影响，是轻钢结构设计中应着重考虑的内容。从图3和图4可知，仅一层的结构处屋顶位移最大，为考查蒙皮连接间距对蒙皮效应的影响，现改变此处连接件的间距，其他条件保持不变，以增加可比性。
减小连接件间距后，结构在Y方向上最大位移值对比如表3。
由表3和表4可以看出，结构Y方向上的最大位移值由-0.014528m减小为-0.007622m，减小了47.5%；结构的最大等效应力由原来的163MPa降到104MPa，降幅为35.4%。可见，连接件数量的增加使蒙皮板与框架的连接更加可靠，蒙皮效应发挥的作用愈加明显。设计中一旦考虑蒙皮效应，必须严格按照规范规程严谨操作，确保蒙皮与框架的可靠连接及荷载的有效传递，并且是后期使用及维护过程中不能随意拆除连接件和蒙皮板。
3、结语
第一，蒙皮与框架可靠连接可以增加结构的刚度，提高抗侧移的能力，同时还能够改善框架结构的强度。
第二，蒙皮厚度愈大蒙皮效应愈显著，并且增加内、外面板的厚度比增加中间芯材的厚度更有效，实际使用时应根据具体情况确定合理的面层、芯层厚度。
第三，连接件的数量和布置方式对蒙皮效应有很大影响，连接件间间距愈小，蒙皮与框架结构的整体性能就愈好，所发挥的蒙皮作用就愈明显。
参考文献
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