初探冷彎薄壁型鋼檁條

1、-作者xxxx-日期xxxx初探冷彎薄壁型鋼檁條【精品文檔】初探冷彎薄壁型鋼檁條1,前言: 據(jù)統(tǒng)計,在有檁體系的單層廠房中,屋面系統(tǒng)的造價約占土建總造價的35%左右,而其中檁條的鋼材用量占整個屋面系統(tǒng)鋼材用量的50%60%。因此要降低屋面系統(tǒng)的用鋼量,應(yīng)首先從檁條著手.因此,本文選擇一個工程實例,檁條采用三種常用截面形式分別計算,著重介紹冷彎薄壁型鋼檁條設(shè)計的計算過程,并提出設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題.2,設(shè)計資料:檁條鋼材采用Q235-BF,焊條采用E4313型.2.2屋面材料為壓型鋼板,坡度I=1/3, 檁條跨度為6m,于跨中設(shè)一道拉條.檁條間距S=1.56m. m2,無積灰荷載.3,普通型鋼

2、檁條:3.1荷載 標(biāo)準(zhǔn)值 分項系數(shù) 設(shè)計值 m2 1.2 2 m2 1.2 2 m2 1.4 0.70KN/ m2 m2 m23.2計算簡圖見圖-1,檁條截面圖見圖-2.3.3內(nèi)力計算2tan=1/3 =1826 sin=0.3162 cos檁條在剛度最大平面內(nèi)的彎矩: 檁條在剛度最小平面內(nèi)的彎矩:3.4截面選擇及強度計算選用12.6 , A2 I 3.5撓度計算2 (取標(biāo)準(zhǔn)值)普通型鋼檁條為剛度控制截面.3.6拉條計算斜拉條內(nèi)力： 按普通鋼結(jié)構(gòu)檁條一般拉條采用12。每根拉條承載力：4,冷彎薄壁Z型檁條: 4.1荷載 標(biāo)準(zhǔn)值 分項系數(shù) 設(shè)計值 m2 1.2 2 m2 1.2 2 m2 1.4

3、0.70KN/m2 m2 m24.2計算簡圖見圖-1,檁條截面圖見圖-3.4.3截面選擇選用Z , An=7.98 cm2 , I5cm3 , Wx1=38.23cm3 , Wy1=10.53cm3 , Wy1=10.86cm3 , =2346sin(-)=0.0929 , cos(-內(nèi)力計算2檁條在剛度最大平面內(nèi)的彎矩: 檁條在剛度最小平面內(nèi)的彎矩:強度計算.不考慮開孔的影響，采用毛截面抵抗矩。(1) 上翼緣有效截面的校核: 上翼緣為非均勻受壓的一邊支撐,一邊卷邊.由第一章表1-58，查得允許寬厚比實際上翼緣采用故上翼緣承載力計算可以（即全截面有效）；下翼緣受拉亦為板材全截面有效。(2)腹板

4、有效截面的校核: 腹板為非均勻受壓兩邊支承板件。 腹板高厚比 查表1-63腹板全截面有效。（3）撓度計算（剛度最大平面的撓度）。 剛度滿足要求（4）長細(xì)比計算。Z16070202.5檁條，選用冷彎薄壁Z型鋼檁條可直接用作屋架上弦平面支撐橫桿或剛性系桿。（5）拉條計算。計算簡圖見圖3-13。拉條可按普通槽鋼檁條計算，仍取用12；與冷彎薄壁型鋼檁條連接拉條宜選用810，若拉條選用10，=0.785cm2。每根拉條承載力=0.785102 可以5冷彎薄壁C型檁條 與Z型檁條相同荷載條件，檁條采用薄壁C形鋼。選用截面 16060203，見圖3-15。 （1）荷載及內(nèi)力計算。均布荷載。檁條在最大剛度平面

5、內(nèi)彎矩：檁條在最小剛度平面內(nèi)矩度：（2）強度計算及有效截面確定。1）上翼緣有效截面。非均勻受壓，一邊支承、一邊卷邊。未考慮開孔的影響，采用毛截面抵抗矩。 按表1-59查得（）實際由于上翼緣板件全截面有效，上述強度計算可知。2）腹板有效截面計算。腹板按非均勻受壓、兩邊支承板材。查表1-63得全截面有效，故強度計算亦可。（3）撓度計算。6,得出幾點體會:第一點,由以上計算結(jié)果分析,相同荷載條件下,實腹檁條選用冷彎薄壁型鋼更合理且經(jīng)濟.薄壁Z型鋼比選用熱軋槽鋼節(jié)省鋼材約49%;薄壁C形鋼比熱軋槽鋼節(jié)省鋼材約43%.第二點,薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的最主要差別是在受壓構(gòu)件或板件中,引進(jìn)了有

6、效截面的概念.設(shè)計薄壁型鋼受壓構(gòu)件時,當(dāng)板件寬厚比超過一定數(shù)值,其軸心受壓構(gòu)件的承載強度即應(yīng)取構(gòu)件的有效凈截面計算,穩(wěn)定性計算則用桿件毛截面所確定的穩(wěn)定系數(shù)及有效截面計算;其受彎構(gòu)件的強度計算應(yīng)根據(jù)毛截面確定桿件各板件屬于受拉和受壓范圍,從而確定受壓板件有效截面后再進(jìn)行強度驗算,穩(wěn)定計算中的穩(wěn)定系數(shù)由構(gòu)件毛截面計算而得,受彎構(gòu)件的變形應(yīng)按毛截面計算.第三點,冷彎薄壁Z型鋼檁條的截面見圖-5,其形心軸并非傳統(tǒng)的腹板軸線及垂直腹板軸線,(即圖-5的Y1-Y1軸和X1-X1軸),而是和上述軸線有一夾角的Y-Y軸和X-X軸。因而屋面豎向力應(yīng)按Y-Y軸和X-X軸分解為兩個分力分別作用在檁條的平面內(nèi)和平面

7、外,分解時涉及到的夾角為和屋面坡角,分解方法在相應(yīng)規(guī)范中都有詳細(xì)說明,此處不再重復(fù)。需要提請注意的是: Z型鋼檁條的豎向力分解方法與C型鋼檁條完全不同,在設(shè)計中切勿混淆.7,一些觀點: 本人在十一年的結(jié)構(gòu)設(shè)計中接觸到很多次冷彎薄壁型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)房屋檁條.根據(jù)設(shè)計計算,查閱相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范,并參考國內(nèi)外有關(guān)的文獻(xiàn)資料,總結(jié)了一些觀點,希望對以后的冷彎薄壁型鋼檁條的設(shè)計有所幫助.7.1蒙皮作用在實際結(jié)構(gòu)中,冷彎薄壁型鋼檁條與屋面材料之間是通過各種連接件連接的.屋面材料所具有的面內(nèi)抗剪能力及截面的抗彎能力可以為檁條提供一定的側(cè)向支撐作用和扭轉(zhuǎn)約束.此時的檁條即可稱為蒙皮支撐構(gòu)件.國外有很多學(xué)者對蒙皮支

8、撐的構(gòu)件性能做了大量的研究,并將一些研究成果用于制訂相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范.我國在這方面所做的研究工作不多, 設(shè)計規(guī)范中尚未考慮蒙皮對構(gòu)件支撐的有利作用.如在GBJ18-87中,檁條的計算只是簡單區(qū)分屋面材料能夠阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)及扭轉(zhuǎn)和不能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)及扭轉(zhuǎn)兩種極端情況,在前一種情況下,檁條可以只進(jìn)行強度驗算,而在后一種情況下則需要進(jìn)行穩(wěn)定驗算.實際的檁條工作狀況是處于二者之間的,按上述兩種情況驗算,所得結(jié)果或者是偏于不安全,或者是過于保守.7.2屋面風(fēng)吸力作用對于自重較輕的屋蓋,在風(fēng)荷載較大地區(qū),應(yīng)注意在吸風(fēng)情況下檁條在永久荷載與風(fēng)荷載組合下截面應(yīng)力反號的影響.由于此時永久荷載對結(jié)構(gòu)有利,故永久

9、荷載分項系數(shù)應(yīng)取當(dāng)屋面能阻止上翼緣側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時,在負(fù)壓力作用下即向上荷載作用下,實腹式檁條的穩(wěn)定性可由下列三種方法之一解決:(1) 可按公式=Mx / Wex + My / Wey = f 計算檁條的穩(wěn)定性.(2) 設(shè)置拉桿或撐桿防止下翼緣扭轉(zhuǎn)和側(cè)向失穩(wěn),設(shè)置位置宜在離檁條下翼緣1/3腹板高度處.(3) 可按中附錄E,檁條在風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定計算的規(guī)定計算.7.3拉桿或撐桿的設(shè)置檁條拉條和撐桿將屋面連成一個整體,可以加強屋面剛度.在設(shè)計中, 拉條和撐桿的設(shè)置數(shù)量和位置取決于檁條的側(cè)向計算長度. 拉條和撐桿越多,檁條的側(cè)向計算長度越短,檁條的側(cè)向受力越好.因而拉條和撐桿的設(shè)置需要通過檁條的平

10、面外計算來確定.屋面檁條選擇使用拉條,還是使用撐桿,從受力上講并沒有嚴(yán)格的區(qū)分,但考慮到平屋面檁條或小坡度屋面檁條其平面外的分力較小,單純使用拉條會出現(xiàn)局部拉條不能張緊而導(dǎo)致屋面局部剛度減弱的現(xiàn)象,不利于屋面整體傳遞水平力.因而在一般情況下應(yīng)按下述方法選擇設(shè)置拉條或撐桿: (1)平屋面或小坡度屋面設(shè)置撐桿. (2)中等坡度屋面拉條和撐桿間隔設(shè)置. (3)較大坡度屋面設(shè)置拉條.7.4檁條強度應(yīng)留有較大的余量檁條在計算時荷載取值基本上是按平面荷載取值的，實際上檁條上的吊掛的荷載非常不均勻，個別檁條上因工藝原因吊掛密集，往往超過計算時的平均面荷載。同時，屋面檁條和屋面支撐上還擔(dān)負(fù)著將屋面水平力傳到柱

11、間或柱間支撐上的重任，在檁條受有軸向力的情況下，檁條按受彎構(gòu)件計算顯然不是最不利情況計算。再有就是檁條開孔，計算無法涵蓋所有開孔情況。鑒于上述原因，檁條在設(shè)計時強度應(yīng)留有較大的余量。7.5連續(xù)檁條 卷邊Z型檁條可利用不同上下翼緣寬度進(jìn)行相鄰檁條嵌套形成連續(xù)檁條,從而降低彎矩峰值以節(jié)省鋼材.但計算表明,當(dāng)跨度不大于6m時,這種嵌套所耗費的鋼材與連續(xù)檁條降低彎矩峰值所節(jié)省的鋼材基本相同,并無太多意義,因此, 連續(xù)檁條多用于跨度大于6m的情況.m時,一般為撓度對截面選擇起控制作用,此時如改用連續(xù)檁條能夠有效地減小構(gòu)件撓度,充分發(fā)揮截面的強度.7.6壓型板與檁條間有可靠連接, 檁條容許撓度可以放寬.

12、筆者在近10年的工程設(shè)計中幾乎全部采用冷彎型鋼和Z型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)忘記到檁條根據(jù)設(shè)計計算和調(diào)研結(jié)果，發(fā)遭到些問題：考慮雙彎矩按雙向彎曲梁計算強度時，有些設(shè)計單位容許撓度到1/200；不考慮雙彎矩按雙向彎曲梁計算強度時，有些設(shè)計單位容許撓度也取1/200；而有些雙取1/150，有些甚至放寬到1/125。檁條間有的設(shè)拉條，有的不設(shè)。而這些同樣的屋面結(jié)構(gòu)，不論選用21606020、1606020，還是選用1406020，在實際工程中都沒有出現(xiàn)什么問題，使用正常。這是因為壓型板與檁條間有固定支架（或鉤頭螺栓）連接，壓型板起蒙皮作用，能阻止檁條的側(cè)向扭轉(zhuǎn)和失穩(wěn)，同時壓型板與檁條構(gòu)成組合梁（組合上翼緣）共同作用。所以，對于壓型鋼板屋面，檁條可以按雙向彎曲梁計算，