于灏，耿禹坤，马彦龙，张华鹏
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
0 前言
住宅建筑在我国的建筑业中占有至关重要的位置。在环保和节能的观念逐渐深入人心的今天，我国传统的高耗能、低效率、长周期、高污染的建筑模式越来越不能适应现代社会发展的需求。为此，我国从国外引进了冷弯薄壁型钢结构住宅，如图1所示，该住宅由冷弯薄壁型钢龙骨组成，以轻质、保温的板材做围护结构。由于这种结构具有绿色环保、抗震性能好、施工速度快、工业化程度高等优势，符合我国可持续发展的战略，而且，现阶段我国钢材产量高、价格低，建造此类结构的成本较低。我国的新农村建设也需要这种新型的结构形式，将来的市场需求不断攀升。因此来说，冷弯薄壁型钢结构体系在我国的应用范围与前景必将非常广阔[1]。
1 冷弯薄壁型钢组合墙体
冷弯薄壁型钢组合墙体是由自攻螺钉将顶梁、底梁、墙架柱、墙板、支撑连接形成的竖向受力构件，如图2所示。顶梁和底梁一般为U型截面的冷弯薄壁型钢梁，墙架柱为由单根或多根C型截面的冷弯薄壁型钢柱组合而成，墙板一般采用定向刨花板(OSB板)、石膏板等，支撑一般采用扁钢带或冷弯薄壁型钢构件。墙体的端部要设置抗拔连接件，覆面板起到了防止立柱整体屈曲，提高墙体的整体受力性能的作用[2]。
图2 冷弯薄壁型钢组合墙体
2 国内外的研究现状
国外对冷弯薄壁型钢结构的研究起步较早，成果颇多，规范较为完善。我国对该结构的研究起步较晚，大概在2000年前后，刚开始是主要从美国、日本、澳大利亚等国家引进冷弯薄壁型钢住宅体系的技术和规范，但由于中西方的差异，在建造过程中造成了一定的安全隐患和材料浪费，近些年，我国在科研方面加大投入，在十几年间涌现出大量的成果，其中冷弯薄壁型钢组合墙体的轴压性能就是其中的一个非常重要的研究方向。下面对国内外的学者的研究成果进行总结，并提出一些建议，希望能为今后的研究以及应用提供参考。
2.1 国外的研究现状
Yaip Telue等[3]对40个全尺寸的组合墙体试验与短柱试验，试验结果表明：对于有墙面板的墙架，局部屈曲性能的改善是非常小的，但是组合墙体整体的承载能力却有了很大的提高。文中提到的利用澳大利亚规范[4]和美国规范[5]的有效长度因子预测立柱的破坏模式的方式，并不适用具有单面墙面板的墙体，需要进行有限元分析，建立合理的计算模型。
YomalDias等[6]通过了理论和试验的分析，证实了带肋立柱的优良性能，以及钢板作为墙面板对于组合墙体的承载能力的提高具有重要作用，提出了一个基于弹簧的分析模型，这个模型可以快速的分析出带有覆面板的立柱的破坏形式。与此同时，YomalDisa等[7]对组合墙体的防火性能做了研究，结果显示，与常用的C型钢相比，带肋的立柱能够承受更大的轴向压缩荷载，并且，防火石膏板的厚度对组合墙体的防火性能影响较大。
L.C.M.Vieira Jr.等[8]对 26个短、中、长立柱进行了试验，发现具有墙面板的立柱承载能力更高，因为墙面板能够限制整体屈曲模式。文中对美国规范中的W inter方法进行了一定的解释，将立柱的有效长度假设为螺钉间距的两倍。文中还提出确定了墙面板对立柱的精确支撑刚度才能确定立柱的准确的有效长度，现在研究的主要工作是确定墙面板的精确支撑刚度。
Y.S.Tian等[9]对无墙面板墙骨架、单面墙面板以及双面墙面板组合墙体进行了轴向受压试验，结果显示：无墙面板骨架的立柱均发生了整体弯曲屈曲破坏，扭转屈曲并不明显。单面墙面板的组合墙体的破坏形式多为导轨严重的局部屈曲以及自攻螺钉的破坏，也会有因中间立柱的屈曲而破坏的情况。对于具有双面墙面板的组合墙体，破坏模式为立柱的整体扭转-弯曲屈曲以及靠近端部的局部屈曲。还比较了不同墙面板、螺钉间距以及立柱间距的组合墙体承载力情况，发现覆有OSB板的组合墙体的承载能力要强于CSB板以及CPB板，缩小螺钉间距以及立柱架间距对承载力的提升明显。
2.2 国内的研究现状
刘斌等[10]提出一种在冷弯薄壁型钢骨架中填充聚苯乙烯泡沫板，并在外侧喷涂轻质保温材料的新型墙体，并进行了试验研究，结果表明：与无墙板立柱的整体屈曲破坏相比，新型墙体的破坏原因是顶部的受压屈曲，属于钢材强度的问题，因此，保温物料能显著提高立柱的稳定性，从而提高墙体的承载能力。
陈军武等[11]在冷弯薄壁型钢骨架中填充了石膏基复合材料，并进行了轴向加载试验。结果显示：填充的石膏基复合材料能有效的限制钢立柱的局部屈曲，有填充物的墙体试件的轴向受压承载力是无填充物的试件的 2.88～3.99倍，而且，随着轴向压力的增大，填充材料越来越密实，墙体试件的承载能力也逐渐提高。
刘前进等[12]分别对有墙板和无墙板的墙体进行了轴向受压试验，发现带有墙面板的墙体的承载能力是无墙面板的3倍左右，在设计时考虑墙板的作用是经济且实用的。然而施工阶段，墙体多为无墙板支撑的立柱，此时可以按照中国规范[13]来计算，保证施工阶段的安全稳定。
郭鹏等[14]通过对单面带肋钢板墙体立柱与双面板墙体立柱进行了轴压试验，并进行了柔性拉条和螺钉间距等因素的有限元分析，结果显示：采用相同用钢量下的带肋板以及设置柔性拉条对于单面钢板墙体立柱的承载能力的提高较大，对于双面板的墙体立柱作用很小或没有影响。连接墙面板与中间立柱以及周边的自攻螺钉间距分别小于300mm和150mm时，继续减小螺钉间距对承载力的提高作用不大。
石宇等[15]对冷弯薄壁型钢组合墙体试件的墙面板的种类、螺钉和墙架柱的间距进行了轴心受压试验研究，发现加密螺钉间距不一定能提高组合墙体承载能力，试验中的纤维增强硅酸钙板(CSB)由于脆性较大，提高螺钉间距的做法适得其反。但是，脆性较大的CSB板对墙架柱的约束作用要强于OSB板。而且，增加立柱的间距就会削弱墙面板对墙架的约束作用，从而降低组合墙体承载能力。
刘涛等[16]利用有限元分析的方法，将立柱与导轨的间距作为研究对象，结果表明：随着间距的增加，导轨对立柱的约束作用减弱，立柱的屈曲模式转化历程为畸变屈曲或局部屈曲到弯曲屈曲或弯扭屈曲，最终，整体屈曲模式成为主要的破坏模式。并提出了既能满足立柱承载力要求也能保证墙体美观的立柱-导轨的限定值。
秦雅菲等[17]对几个带有不同支撑形式的墙柱骨架进行了轴压试验，研究了不同支撑形式以及腹板开洞位置对承载能力的影响，本文还针对我国规范和北美规范[18]中缺乏的对立柱在导轨和支撑约束条件下计算长度系数取值的空缺，根据试验的结果，给出了计算长度系数取值的相关建议。
3 展望
近些年，我国关于冷弯薄壁型钢组合墙体的轴压性能的研究取得了不小的成果，但是目前尚有很多亟待解决的问题，以下针对研究方面的一些问题以及以后研究的方向提出了些许的建议：
①实际工程中的墙面板和型钢腹板都需要因开门窗或走管线而开洞，现有的开洞的研究还比较少，开洞情况下的轴压性能需进一步进行研究；
②组合墙体的实际受力相当复杂，竖向荷载、地震荷载、风荷载等可能会同时作用于墙体，那么针对组合墙体在复杂受力情况下的研究需更进一步；
③墙面板对钢骨架的支撑作用不可忽略，如何计算这一支撑作用现在还没有一个统一的方法，尽快形成一个完整的计算体系有利于建造成本的降低以及此种结构类型的推广；
④轴心受压条件下，具有单面墙面板墙体的破坏模式还没有一个系统的计算以及评估体系，这方面的工作还需进一步深入；
⑤随着建筑技术的发展，各类新型的板材层出不穷，钢材的强度也有了大幅度提升，针对新型板材以及高强钢材在冷弯薄壁型钢组合墙体轴心受压性能的研究还比较少，需要不断推动此方面的研究。
