壓型鋼板計算手冊

1、本軟件針對壓型鋼板、鋁合金板進(jìn)行截面承載力、撓度、施工荷載及排水能力進(jìn)行驗算。在計算過程中，壓型板按受彎構(gòu)件考慮，主要遵循GB50018-2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中關(guān)于壓型鋼板計算的條文規(guī)定、GB 50429-2007 鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中關(guān)于鋁合金壓型板相關(guān)的計算條文規(guī)定及冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中關(guān)于屋面排水計算的相關(guān)條文。壓型板截面計算過程中，考慮到其實際的受力情況，所以選擇了在一個波距范圍內(nèi)進(jìn)行驗算。因為無論是屋面板、墻面板或者是樓承板其實際作用過程中，均是多塊板橫向搭接成為整體，所以選擇其中一個波距來進(jìn)行計算更貼近于壓型板實際工作狀態(tài)下的受力情況。壓型板根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手

2、冊計算各驗算點的彎矩及剪力情況。壓型板的計算過程主要包含以下幾個方面：毛截面慣性矩的計算、加勁肋是否有效的判別、腹板剪應(yīng)力承載能力計算、支座處腹板局部受壓承載力驗算、跨中位置最大正負(fù)彎矩和剪力作用下截面承載力驗算、支座位置最大負(fù)正彎矩和支座反力下截面承載力驗算、最大正負(fù)撓度驗算、屋面板排水能力驗算。上述承載力驗算過程中均包含該種情況下該位置的有效截面寬度的驗算。計算采用的組合情況如下：1.2恒+1.4活；1.0恒-1.4負(fù)風(fēng)吸；1.2恒+1.4正風(fēng)壓；1.2恒+1.4活+0.84正風(fēng)壓；1.0恒+1.4活-0.84負(fù)風(fēng)吸；1.2恒+0.98活+1.4正風(fēng)壓；1.0恒+0.98活-1.4負(fù)風(fēng)吸；

3、1.2恒+1.0施工（屋面板）；1.2恒+1.4活載（樓面均布施工荷載）（樓承板）；1.2恒+1.4施工（樓面集中施工荷載）（樓承板）。一：壓型鋼板一） 板材力學(xué)參數(shù)的確定對于規(guī)范中已給出抗拉、抗剪強度設(shè)計值的材料牌號，我們按規(guī)范中數(shù)值采用，如Q235、Q345等。對現(xiàn)今壓型板常用的冷軋板牌號如G300、G550等，規(guī)范沒有給出明確的抗拉、抗剪強度設(shè)計值，廠家在供貨的時候僅提供材料的屈服強度為300 N/mm2、550 N/mm2，所以我們根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范4.1.4條規(guī)定，取抗力分項系數(shù)，計算其抗拉強度設(shè)計值，抗剪強度設(shè)計值按抗拉強度設(shè)計值除以計。二） 截面慣性矩的計算軟件根據(jù)截面

4、幾何形狀，通過線積分的方法求得截面的慣性矩。在計算過程中忽略了腹板上的一些加勁措施，但上下翼緣的加勁肋是考慮在其中的，其計算結(jié)果經(jīng)過測試滿足實際計算要求。用戶也可以通過AutoCAD對需計算的板型直接查詢面域特性得到截面慣性矩，并可與軟件計算所得相比較。三） 上下翼緣加勁肋是否有效的判別冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.4條，受壓翼緣縱向加勁肋的規(guī)定：因我們計算過程中取中間一個有效波距進(jìn)行計算，所以無需考慮邊加勁肋的作用效果，僅考慮中間加勁肋的判別。針對中間加勁肋：且其中：代表中間加勁肋截面對平行于被加勁板件截面之重心軸的慣性矩；代表被加勁的子板件的寬度；代表板件的厚度。其中對理解如下：加勁肋截

5、面對自身重心軸的慣性矩，重心軸為平行于被加勁板件的重心軸，其數(shù)值可以通過線積分的方法得到。當(dāng)中間加勁肋滿足上述要求時，認(rèn)定加勁肋有效；當(dāng)不滿足要求時，忽略加勁肋的作用，按無肋板考慮。四） 板件截面是否失效的判別均勻受壓翼緣、不均勻受壓腹板是否失效需根據(jù)其所處位置在該工況組合下經(jīng)過驗算確定。受拉翼緣按全截面有效考慮。五） 受壓板件截面有效寬厚比計算的分類情況及計算原理冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.2條規(guī)定如下：壓型鋼板受壓翼緣的有效寬厚比應(yīng)按下列規(guī)定采用：因我們計算過程中取中間一個有效波距進(jìn)行計算，所以無需考慮邊加勁板件的計算。兩縱邊均與腹板相連，或一縱邊與腹板相連、另一縱邊與符合7.1.4條

6、要求的中間加勁肋相連的受壓翼緣，可按加勁板件由本規(guī)范第5.6.1條確定其有效寬厚比；我們對此條文做如下理解：兩縱邊均與腹板連接即我們所說的加勁板件，按規(guī)范給出的計算方法計算。一縱邊與腹板相連、另一縱邊與符合7.1.4條要求的中間加勁肋相連的受壓翼緣，可按加勁板件由本規(guī)范第5.6.1條確定其有效寬厚比。但當(dāng)兩縱邊均與中間加勁肋相連的子板件的計算方法規(guī)范中并沒有明確給出。現(xiàn)實中這部分的計算對整個板型來說也是非常重要的，在現(xiàn)有的新板型中，也會出現(xiàn)多個加勁肋的情況，而規(guī)范中給出的應(yīng)該是只有一個中間加勁肋的情況，對其他多肋的情況未有提及。針對這個問題，我們參照澳大利亞冷彎薄壁型鋼AS-NZS-4600-

7、1996規(guī)范（第2.5條）。對其中多個加勁肋部分的計算方法，我們歸納如下：當(dāng)出現(xiàn)多個有效的中間加勁肋的時候（軟件默認(rèn)為加勁肋均分被加勁板件）：1、 受壓翼緣兩側(cè)均與腹板相連，當(dāng)中間有多個加勁肋（加勁肋滿足條件要求）時，與腹板相連的第一子板件（被加勁板件）如果部分失效（同理，因為加勁肋之間的間距相等，所以如果第一子板件部分失效，那么其他各段子板件在均勻受壓的情況下也必然出現(xiàn)部分失效的情況），則僅離腹板最近的兩個加勁認(rèn)為有效，其他各中間加勁肋的加勁效果忽略，也就是離腹板最近的兩個加勁肋之間的翼緣部分認(rèn)為是平板，按兩邊支承板件計算其有效寬度；2、 有多個加勁肋（加勁肋滿足條件要求）時，當(dāng)?shù)谝蛔影寮?/p>

8、截面有效時，其他子板件也是全截面有效（等距），我們可以說中間加勁肋密集布置，加勁肋足夠近，這時可以用折算厚度的概念來代替此有加勁板件。即為加勁板件（子板件與加勁肋一起）對其自身中和軸的截面慣性矩；為受壓翼緣寬度；是折算后的厚度。后續(xù)的計算有效截面慣性矩時同樣用即可。（加勁肋數(shù)量大于等于2）上述兩種情況在中國冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中沒有提及，所以此處我們加以引用，實際計算時根據(jù)折算后的厚度來再次計算其有效寬度、及截面的有效截面慣性矩。這里我們之所以對其加以考慮，主要是因為會出現(xiàn)以下這種情況：翼緣板的板幅較寬，同時加勁肋也比較密集的情況下，我們不該很主觀的認(rèn)為其全部有效，這里利用折算厚度的概念的

9、話則更加清晰準(zhǔn)確。軟件計算過程中，用澳大利亞冷彎薄壁型鋼AS-NZS-4600-1996規(guī)范（第2.5條）補充中國冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中未提及的部分，這樣就可以基本包含壓型鋼板加勁肋計算的所有情況。這里僅是軟件制作組針對壓型鋼板計算方法的理解，并加以整理。同時也希望國標(biāo)冷彎型鋼規(guī)范可以進(jìn)一步完善，更明確的給出上述規(guī)范中未提及到的加勁肋之間的子板件計算情況，以及加勁肋密集的較寬板失效寬度的計算方法，和列出各種現(xiàn)今適用的冷軋板的強度設(shè)計值或其強度設(shè)計值的計算方法，以使其可以計算現(xiàn)今新產(chǎn)品的所有型號，也使規(guī)范具有更好的適應(yīng)性，同時也使現(xiàn)在的新的板型計算也能更加有據(jù)可依。六） 有效寬厚比的計算有效

10、寬厚比計算是在指定位置指定工況組合情況下的計算，各受力點在同一組合下失效情況各不相同，同一受力點在不同組合情況下也各不相同。按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范5.6.1條執(zhí)行：加勁板件、部分加勁板件、非加勁板件的有效寬厚比按下列公式計算1）當(dāng)時2）當(dāng)時3）當(dāng)時為板件寬度為板件厚度為計算系數(shù)，當(dāng)時按1.15取。為壓應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，若，則，若，則。為板件受壓區(qū)寬度當(dāng)時，；當(dāng)時，。為計算系數(shù)為受壓板件邊緣的最大控制應(yīng)力，與板件所受力的各種情況有關(guān)為板件受壓穩(wěn)定系數(shù)，與板件縱邊支承類型和所受應(yīng)力的分布情況有關(guān)為板組約束系數(shù)，與鄰接板件的約束程度有關(guān)，若不計相鄰板件的約束作用時取1。此處老規(guī)范中給出的值均按

11、1考慮，與新規(guī)范比較后得出老規(guī)范偏保守的結(jié)論。在對無肋型壓型板的計算中，對的計算方法在新規(guī)范中是明確的，但是對有肋型壓型板的計算中，對加勁肋對被加勁板件的約束作用并沒有給出明確的計算方式。同時由于新板型的不斷推出，加勁肋的形式多樣化，有折角型V字型，有U字型，有寬度較大的加勁肋等等，其約束方式很難界定，其自身的受壓穩(wěn)定系數(shù)也難以計算，所以此處我們?nèi)园蠢弦?guī)范=1來考慮，計算結(jié)果偏安全。同時希望新規(guī)范中對現(xiàn)今流行的加勁方式的板組約束系數(shù)給出更為明確的計算方法。為板件受壓穩(wěn)定系數(shù)按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范5.6.2條中加勁板件情況下計算：對于加勁板件：當(dāng)時，當(dāng)時，此時為壓應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，當(dāng)小于-

12、1時，按-1取。當(dāng)出現(xiàn)部分截面失效的情況時，根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范5.6.5條求出失效位置（截面受拉部分全部有效）。針對壓型板的受力形式，可以知道上下翼緣為均勻受壓或者受拉，受拉時全截面有效，腹板為非均勻受力，均勻受壓時壓應(yīng)力分布不均勻系數(shù)為，不均勻受壓時可按求得。圖中be1、be2按下列方法計算對于加勁板件：當(dāng)時當(dāng)時七） 有效截面慣性矩的計算當(dāng)截面出現(xiàn)失效時，應(yīng)再次計算截面有效部分的慣性矩（注：中和軸位置改變，板部分失效，軟件以線積分方法計算），并以有效截面特性代替毛截面特性，驗算壓型板截面承載力及撓度是否滿足要求。八） 截面承載力的計算1、 根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.6條進(jìn)

13、行壓型板的剪應(yīng)力的驗算：當(dāng)時（為腹板實際展開寬度），腹板的平均剪應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：=當(dāng)時（為腹板實際展開寬度），腹板的平均剪應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：=為腹板平均剪應(yīng)力為腹板的剪切屈曲臨界剪應(yīng)力為腹板的高厚比2、 根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.7條進(jìn)行壓型板支座處腹板局部受壓承載力驗算：支座反力為一塊腹板的局部受壓承載力設(shè)計值。為系數(shù)，中間支座取0.12，邊支座取0.06。為強度設(shè)計值為腹板厚度為材料彈性模量為支座處支承長度，中跨位置可以取支承構(gòu)件寬度為腹板傾角3、 根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.8條進(jìn)行壓型鋼板同時承受彎矩M和支座反力R的截面承載力驗算：其中。為截面的彎矩承載力設(shè)計值

14、。需根據(jù)所在位置的截面有效特性求得。在此M與R同時作用的位置必在支座處，所以此處的為支座反彎位置的有效截面模量。為支座的反彎矩。與按前面的方法求得。4、 根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.9條進(jìn)行壓型鋼板同時承受彎矩M和剪力V的截面承載力驗算：其中當(dāng)時：=當(dāng)時：=其中。為截面的彎矩承載力設(shè)計值。需根據(jù)所在位置的截面有效特征求得。在此M與V同時作用的位置區(qū)段范圍內(nèi)，其截面有效特性也相應(yīng)變化。這里我們將此計算簡化，彎矩作用位置取最大彎矩位置，剪力取最大剪力位置，按規(guī)范要求是取構(gòu)件彎矩及剪力共同作用的同一點的最大值來判斷。通過認(rèn)為判斷，彎矩作用起絕對控制，剪力作用很小，所以我們簡化此計算方法，利用

15、兩個作用點的極值求解，計算結(jié)果偏安全。5、 根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范7.1.10條進(jìn)行跨中最大彎矩位置檢修或施工集中荷載（總值為1.0kN）驗算：施工荷載驗算過程類同上述4個步驟，單波距計算時，施工荷載集中力計算公式如下：其中F當(dāng)為屋面施工荷載時按1.0KN考慮，當(dāng)為樓承板時按用戶實際輸入為準(zhǔn)，為折算系數(shù)，當(dāng)屋面板計算時按0.5考慮，當(dāng)樓面板計算時，b為鋼承板單波距。九） 壓型板撓度的計算計算撓度所用的有效截面應(yīng)按荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合（例如恒活組合需用1.0恒+1.0活來重新計算）產(chǎn)生的應(yīng)力確定。撓度限值：屋面板：當(dāng)坡度1/20時限值為1/200。墻面板：限值為1/150。樓承板：限值為1/20

16、0。撓度計算采用有效截面慣性矩，計算公式為：均布荷載集中荷載、為系數(shù)，按靜力計算手冊計算確定。其他計算過程類同上述四）七）的計算過程。二：鋁合金板壓型鋁合金屋面板的計算方法類同于壓型鋼板，但其采用的是有效厚度的概念，而非壓型鋼板的有效寬度的概念。鋁合金板的計算依照GB50429-2007鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。1、根據(jù)選用的鋁合金牌號及狀態(tài)確定其基本力學(xué)性能參數(shù)。彈性模量 70000 N/mm2，剪變模量27000 N/mm2，泊松系數(shù)0.3。弱硬化：狀態(tài)為T6的鋁合金材料為弱硬化合金。強硬化：狀態(tài)為除T6以外的其他鋁合金材料為強硬化合金。當(dāng)構(gòu)件截面受壓板件有效寬度小于下表限值時，板件全截面有效。

17、計算板件寬厚比時，需采用的板件寬度應(yīng)采用板件凈寬，即應(yīng)為扣除相鄰板件厚度后的剩余寬度。2、受壓板件全部有效的最大寬厚比值的選用對加勁肋修正系數(shù)按下列規(guī)定計算（無加勁時取1）：（b為被加勁板件凈寬）為加勁肋修正系數(shù)，根據(jù)GB50429-2007鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第5.2.6條計算：對于有一個等間距中間加勁肋的中間加勁板件對于有兩個等間距中間加勁肋的中間加勁板件對于有兩道以上中間加勁肋的中間加勁板件，宜保留最外側(cè)兩道加勁肋，并忽略其余加勁肋的加勁作用，按有兩道加勁肋的情況計算。t表示加勁肋所在板件的厚度，也即加勁肋的等效厚度c表示加勁肋的等效高度。等效的原則是：加勁肋對其所在板件中平面的截面慣性矩

18、與等效后的截面慣性矩相等。，在屋面板均為均勻受壓情況下，取1。3、當(dāng)受壓板件寬度比大于上表規(guī)定的限值時，加勁板件、非加勁板件、中間加勁板件、邊加勁板件的有效厚度按GB50429-2007鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第5.2.3條計算。當(dāng)構(gòu)件截面中受壓板件寬厚比大于表5.2.1-1規(guī)定的限值時，加勁板件、非加勁板件、中間加勁板件及邊緣加勁板件的有效厚度應(yīng)按下式計算：對于非雙軸對稱截面中的非加勁板件或邊緣加勁板件，還應(yīng)滿足：為考慮局部屈曲的板件有效厚度t為板件厚度、為計算系數(shù)按表取值因板橫向搭接成為整體，所以不考慮邊加勁板件或非加勁板件的有效厚度計算。為板件的換算柔度系數(shù)為受壓板件的彈性臨界屈曲應(yīng)力，按第5

19、.2.4條和5.2.6條采用受壓加勁板件、非加勁板件的彈性臨界屈曲應(yīng)力應(yīng)按下式計算：為受壓板件局部穩(wěn)定系數(shù)，按5.2.5條計算加勁板件：當(dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時，為壓應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，為受壓板件邊緣最大壓應(yīng)力，取正值為受壓板件另一邊緣的應(yīng)力，取壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)為鋁合金材料泊松比，=0.3b為板件凈寬t為板件厚度均勻受壓的中間加勁板件的彈性臨界屈曲應(yīng)力計算應(yīng)符合下列規(guī)定：為均勻受壓板件局部穩(wěn)定系數(shù)，對于中間加勁板件=4為加勁肋修正系數(shù)，用于考慮加勁肋對被加勁板件抵抗局部屈曲或畸變屈曲的影響。計算方法按前面所述。對于中間加勁板件，除應(yīng)將其作為整體按5.2.3條計算外，尚應(yīng)按加勁板件和非加勁板件根據(jù)

20、第5.2.3條分別計算各子板件及加勁肋的有效厚度，并取各板件的最小有效厚度。4、根據(jù)GB50429-2007鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第11章，鋁合金板受壓翼緣的有效厚度計算按下列規(guī)定采用：兩縱邊均與腹板相連且中間沒有加勁的受壓翼緣，可按加勁板件由規(guī)范中5.2.3條確定其有效厚度。兩縱邊均與腹板相連且中間有加勁的受壓翼緣，可按中間加勁板件由規(guī)范中5.2.3條確定其有效厚度。當(dāng)加勁肋多于兩個時，可忽略中間部分加勁肋的有利作用。鋁合金面板中腹板的有效厚度按規(guī)范5.2節(jié)進(jìn)行計算。5、鋁合金壓型板的撓度限值按1/180控制，計算方法類同壓型鋼板。6、對集中力的檢修荷載計算方法同壓型鋼板。7、鋁合金板承載力的驗算1）鋁合金面板的強度可取一個波距的有效截面做為受彎構(gòu)件按下列規(guī)定計算：其中為截面的彎矩承載力設(shè)計值。為有效截面模量，需根據(jù)所在位置的截面有效特性求得。為截面所承受的最大彎矩。2）鋁合金面板中腹板的剪切屈曲應(yīng)按下列公式計算：當(dāng)時當(dāng)時為腹板平均剪應(yīng)力為腹板的剪切屈曲臨界應(yīng)力為抗剪強度設(shè)計值為名義屈服強度為腹板高厚比3）鋁合金面板支座處腹板的局部受壓承載力，按下式驗算：為一塊腹板的局部受壓承載力設(shè)計值。為支座反力。為系數(shù)，中間支座取0.12，邊支座取0.06。為鋁合金面板材料的抗壓強度設(shè)計值為腹板厚度為材料彈性模量為支座處支承長度，中跨位置可以取10mm200mm，支