初探冷弯薄壁型钢檩条.doc

学习资料收集于网络，仅供参考初探冷弯薄壁型钢檩条1,前言: 据统计,在有檩体系的单层厂房中,屋面系统的造价约占土建总造价的35%左右,而其中檩条的钢材用量占整个屋面系统钢材用量的50%60%。因此要降低屋面系统的用钢量,应首先从檩条着手.因此,本文选择一个工程实例,檩条采用三种常用截面形式分别计算,着重介绍冷弯薄壁型钢檩条设计的计算过程,并提出设计中应注意的一些问题.2,设计资料:2.1檩条钢材采用Q235-BF,焊条采用E4313型.2.2屋面材料为压型钢板,坡度I=1/3, 檩条跨度为6m,于跨中设一道拉条.檩条间距S=1.56m.2.3雪荷载为0.2KN/ m2,无积灰荷载.3,普通型钢檩条:3.1荷载 标准值 分项系数 设计值压型钢板 0.1KN/ m2 1.2 0.12KN/ m2檩条及支撑自重 0.15KN/ m2 1.2 0.18KN/ m2雪载或活荷载 0.5KN/ m2 1.4 0.70KN/ m2合计 0.75KN/ m2 1.0KN/ m23.2计算简图见图-1,檩条截面图见图-2.3.3内力计算q=1.0X1.56=1.56KN/ m2tan=1/3 =1826 sin=0.3162 cos=0.9487檩条在刚度最大平面内的弯矩: 檩条在刚度最小平面内的弯矩:3.4截面选择及强度计算选用12.6 , An=15.69cm2 , Wnx=61.7cm3 , Wny=10.3cm3Ix=388.5cm4 3.5挠度计算qx=0.75X1.56X0.9487=1.11KN/ m2 (取标准值)普通型钢檩条为刚度控制截面.3.6拉条计算斜拉条内力： 按普通钢结构檩条一般拉条采用12。每根拉条承载力：4,冷弯薄壁Z型檩条: 4.1荷载 标准值 分项系数 设计值压型钢板 0.1KN/ m2 1.2 0.12KN/ m2檩条及支撑自重 0.1KN/ m2 1.2 0.12KN/ m2雪载或活荷载 0.5KN/ m2 1.4 0.70KN/m2合计 0.70KN/ m2 0.94KN/ m24.2计算简图见图-1,檩条截面图见图-3.4.3截面选择选用Z160X70X20X2.5 , An=7.98 cm2 , Ix1=319.13cm4 , Wx1=52.35cm3 , Wx1=38.23cm3 , Wy1=10.53cm3 , Wy1=10.86cm3 , =2346sin(-)=0.0929 , cos(-)=0.99574.4内力计算q=0.94X1.56=1.47KN/ m2檩条在刚度最大平面内的弯矩: 檩条在刚度最小平面内的弯矩:4.5强度计算.不考虑开孔的影响，采用毛截面抵抗矩。(1) 上翼缘有效截面的校核: 上翼缘为非均匀受压的一边支撑,一边卷边.由第一章表1-58，查得允许宽厚比实际上翼缘采用故上翼缘承载力计算可以（即全截面有效）；下翼缘受拉亦为板材全截面有效。(2)腹板有效截面的校核: 腹板为非均匀受压两边支承板件。 腹板高厚比 查表1-63腹板全截面有效。（3）挠度计算（刚度最大平面的挠度）。 刚度满足要求（4）长细比计算。Z16070202.5檩条，选用冷弯薄壁Z型钢檩条可直接用作屋架上弦平面支撑横杆或刚性系杆。（5）拉条计算。计算简图见图3-13。拉条可按普通槽钢檩条计算，仍取用12；与冷弯薄壁型钢檩条连接拉条宜选用810，若拉条选用10，=0.785cm2。每根拉条承载力=0.785102215=16.9Kn 13.2kN 可以5冷弯薄壁C型檩条 与Z型檩条相同荷载条件，檩条采用薄壁C形钢。选用截面 16060203，见图3-15。 （1）荷载及内力计算。均布荷载。檩条在最大刚度平面内弯矩：檩条在最小刚度平面内矩度：（2）强度计算及有效截面确定。1）上翼缘有效截面。非均匀受压，一边支承、一边卷边。未考虑开孔的影响，采用毛截面抵抗矩。 按表1-59查得（）实际由于上翼缘板件全截面有效，上述强度计算可知。2）腹板有效截面计算。腹板按非均匀受压、两边支承板材。查表1-63得全截面有效，故强度计算亦可。（3）挠度计算。6,得出几点体会:第一点,由以上计算结果分析,相同荷载条件下,实腹檩条选用冷弯薄壁型钢更合理且经济.薄壁Z型钢比选用热轧槽钢节省钢材约49%;薄壁C形钢比热轧槽钢节省钢材约43%.第二点,薄壁型钢结构构件与普通钢结构构件设计的最主要差别是在受压构件或板件中,引进了有效截面的概念.设计薄壁型钢受压构件时,当板件宽厚比超过一定数值,其轴心受压构件的承载强度即应取构件的有效净截面计算,稳定性计算则用杆件毛截面所确定的稳定系数及有效截面计算;其受弯构件的强度计算应根据毛截面确定杆件各板件属于受拉和受压范围,从而确定受压板件有效截面后再进行强度验算,稳定计算中的稳定系数由构件毛截面计算而得,受弯构件的变形应按毛截面计算.第三点,冷弯薄壁Z型钢檩条的截面见图-5,其形心轴并非传统的腹板轴线及垂直腹板轴线,(即图-5的Y1-Y1轴和X1-X1轴),而是和上述轴线有一夹角的Y-Y轴和X-X轴。因而屋面竖向力应按Y-Y轴和X-X轴分解为两个分力分别作用在檩条的平面内和平面外,分解时涉及到的夹角为和屋面坡角,分解方法在相应规范中都有详细说明,此处不再重复。需要提请注意的是: Z型钢檩条的竖向力分解方法与C型钢檩条完全不同,在设计中切勿混淆.7,一些观点: 本人在十一年的结构设计中接触到很多次冷弯薄壁型钢作为钢结构房屋檩条.根据设计计算,查阅相应的规程规范,并参考国内外有关的文献资料,总结了一些观点,希望对以后的冷弯薄壁型钢檩条的设计有所帮助.7.1蒙皮作用在实际结构中,冷弯薄壁型钢檩条与屋面材料之间是通过各种连接件连接的.屋面材料所具有的面内抗剪能力及截面的抗弯能力可以为檩条提供一定的侧向支撑作用和扭转约束.此时的檩条即可称为蒙皮支撑构件.国外有很多学者对蒙皮支撑的构件性能做了大量的研究,并将一些研究成果用于制订相应的设计规范.我国在这方面所做的研究工作不多, 设计规范中尚未考虑蒙皮对构件支撑的有利作用.如在GBJ18-87中,檩条的计算只是简单区分屋面材料能够阻止檩条侧向失稳及扭转和不能阻止檩条侧向失稳及扭转两种极端情况,在前一种情况下,檩条可以只进行强度验算,而在后一种情况下则需要进行稳定验算.实际的檩条工作状况是处于二者之间的,按上述两种情况验算,所得结果或者是偏于不安全,或者是过于保守.7.2屋面风吸力作用对于自重较轻的屋盖,在风荷载较大地区,应注意在吸风情况下檩条在永久荷载与风荷载组合下截面应力反号的影响.由于此时永久荷载对结构有利,故永久荷载分项系数应取1.0当屋面能阻止上翼缘侧向失稳和扭转时,在负压力作用下即向上荷载作用下,实腹式檩条的稳定性可由下列三种方法之一解决:(1) 可按公式=Mx / Wex + My / Wey = f 计算檩条的稳定性.(2) 设置拉杆或撑杆防止下翼缘扭转和侧向失稳,设置位置宜在离檩条下翼缘1/3腹板高度处.(3) 可按中附录E,檩条在风吸力作用下的稳定计算的规定计算.7.3拉杆或撑杆的设置檩条拉条和撑杆将屋面连成一个整体,可以加强屋面刚度.在设计中, 拉条和撑杆的设置数量和位置取决于檩条的侧向计算长度. 拉条和撑杆越多,檩条的侧向计算长度越短,檩条的侧向受力越好.因而拉条和撑杆的设置需要通过檩条的平面外计算来确定.屋面檩条选择使用拉条,还是使用撑杆,从受力上讲并没有严格的区分,但考虑到平屋面檩条或小坡度屋面檩条其平面外的分力较小,单纯使用拉条会出现局部拉条不能张紧而导致屋面局部刚度减弱的现象,不利于屋面整体传递水平力.因而在一般情况下应按下述方法选择设置拉条或撑杆: (1)平屋面或小坡度屋面设置撑杆. (2)中等坡度屋面拉条和撑杆间隔设置. (3)较大坡度屋面设置拉条.7.4檩条强度应留有较大的余量檩条在计算时荷载取值基本上是按平面荷载取值的，实际上檩条上的吊挂的荷载非常不均匀，个别檩条上因工艺原因吊挂密集，往往超过计算时的平均面荷载。同时，屋面檩条和屋面支撑上还担负着将屋面水平力传到柱间或柱间支撑上的重任，在檩条受有轴向力的情况下，檩条按受弯构件计算显然不是最不利情况计算。再有就是檩条开孔，计算无法涵盖所有开孔情况。鉴于上述原因，檩条在设计时强度应留有较大的余量。7.5连续檩条 卷边Z型檩条可利用不同上下翼缘宽度进行相邻檩条嵌套形成连续檩条,从而降低弯矩峰值以节省钢材.但计算表明,当跨度不大于6m时,这种嵌套所耗费的钢材与连续檩条降低弯矩峰值所节省的钢材基本相同,并无太多意义,因此, 连续檩条多用于跨度大于6m的情况.当简支檩条跨度大于7.5m时,一般为挠度对截面选择起控制作用,此时如改用连续檩条能够有效地减小构件挠度,充分发挥截面的强度.7.6压型板与檩条间有可靠连接, 檩条容许挠度可以放宽. 笔者在近10年的工程设计中几乎全部采用冷弯型钢和Z型钢作为钢结构忘记到檩条根据设计计算和调研结果，发遭到些问题：考虑双弯矩按双向弯曲梁计算强度时，有些设计单位容许挠度到1/200；不考虑双弯矩按双向弯曲梁计算强度时，有些设计单位容许挠度也取1/200；而有些双取1/150，有些甚至放宽到1/125。檩条间有的设拉条，有的不设。而这些同样的屋面结构，不论选用216060203.0、16060203.0，还是选用14060203.0，在实际工程中都没有出现什么问题，使用正常。这是因为压型板与檩条间有固定支架（或钩头螺栓）连接，压型板起蒙皮作用，能阻止檩条的侧向扭转和失稳，同时压型板与檩条构成组合梁（组合上翼缘）共同作用。所以，对于