蒙皮支撑C型檩条的有限元分析
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关于檩条设计的稳定性问题檩条的稳定问题是由受压翼缘的弯扭引起的。
当仅是檩条上翼缘受压时,由于屋面板固定在檩条上,形成对檩条的侧向支承作用,此时檩条不用考虑其弯扭失稳问题,当檩条下翼缘受压,无面板作侧向支撑时,需要计算檩条的稳定,其计算模式是否合理,关键在于如何模拟屋面蒙皮作用和拉条的侧向支承作用。
国内现行冷弯薄壁型钢结构技术规范考虑了拉条侧向支承作用,但不考虑屋面蒙皮作用。
门式刚架轻型房屋钢结构技术规程在计算风吸力作用下檩条稳定时引用欧洲规范,着重考虑屋面蒙皮对檩条的侧向弯扭约束刚度,但稳定计算公式中不考虑拉条侧向支承作用(仅计算檩条侧向弯矩时,考虑拉条作为支承点,计算稳定系数时,与拉条无关) ,美国和澳大利亚规范既考虑蒙皮作用,又考虑拉条侧向支承作用。
实际上拉条的作用很大,拉条不单使侧向水平分量所产生的侧向弯矩降低,更重要的是与屋面板一道形成对下翼缘的弯扭约束,从而大大提高了下翼缘受压时的稳定承载力。
现行国内钢结构规范中对梁的稳定计算只是针对简支梁的情况,没有提供连续梁的稳定计算公式。
给出了风吸力作用下梁(含连续梁) 的稳定计算公式,计算非常烦琐,其中屋面板对檩条的扭转约束刚度需满足的应用条件是面板净肋距≤120mm ,基板的厚度≥0166mm ,这在实际工程中不很容易满足。
因此,在无试验资料的情况下,只能采用所给的假定参数来计算,计算出的结果偏差究竟有多大,无法估计。
综上所述,目前国内规范关于檩条稳定计算,特别是风吸力作用下的稳定计算,远不能满足工程的需要。
此外,对于连续檩条无相应的计算公式,美国和澳大利亚设计规范给出的计算公式比较简单实用。
美国AISI 的计算规定是:支座处到搭接端部为上、下翼缘均有约束,不必考虑稳定问题,搭接端部到反弯点为悬臂梁计算模式,如无侧向拉条,在风吸力作用下则跨中反弯点之间距离作为下翼缘自由长度参与计算。
檩条稳定总是与拉条系统及屋面蒙皮的作用密切相关,而屋面蒙皮作用及拉条作用又总是与具体材料、板型构造、连接构造有关,随便套用计算公式是不妥的。
浅谈C型\Z型和高频焊接H型檩条的对比选用方法内容提要: 檩条是有檩体系和墙架中的主要构件,由于使用的覆盖面大,用钢量相当可观,故在檩条设计中如能根据工程实际情况合理选型及布置,将取得很高的经济效益。
实腹式檩条的常用形式有冷弯薄壁C型钢,Z型钢,热轧槽钢,高频焊接H型钢,焊接H型钢,蜂窝梁等多种形式。
在本文中,笔者将结合自己的工作实践经验,分别对C型、Z型和高频焊接H型檩条的特点以及适用范围作一个浅要的分析对比。
关键词:C型;Z型;H型;高频焊接;檩条;冷弯薄壁一般人认为檩条设计很简单,其实笔者感到轻钢结构中的檩条设计是很复杂的。
首先,在《钢结构设计规范》GB50017一2003及《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》CECS 102: 2002都没有明确实用的计算公式用于理论计算;其次,檩条受力复杂,要想精确计算模条受力性能非常困难,因为檩条首先承担屋面荷载,负责传递给刚架梁,大多数情况下檩条还兼作屋面水平支撑的压杆,同时还会受到屋面的蒙皮效应的影响及隅撑的作用,而且在计算中还必须考虑檩条屈曲后的有效截面问题。
这些都使得檩条的计算很复杂。
因此本文结合笔者所设计的重钢2700mm中板厂轧机搬迁工程,主要从力学性能、构造以及成本三方面浅要的对C型檩条、Z型檩条与高频焊接H型檩条作一个概念性的对比,并总结在一般情况下檩条的选用原则。
笔者设计的重钢2700mm中板厂轧机搬迁工程主厂房概况:该工程主厂房采用全钢排架结构,跨度为12m~36m。
基本柱距为12m,15m,18m柱距。
局部抽柱形成24m,27m,36m大柱距,抽柱处设置托架支承屋架。
屋面采用平行弦屋架,铰接于柱顶或托架顶,柱脚刚接于基础顶面。
柱顶标高约为15.5m~22.8m。
屋面系统采用“屋架+联系梁+檩条+支撑+隅撑”体系;墙面系统采用“墙架柱+支撑+檩条桁架+檩条+拉条+隅撑”体系。
由于屋架跨度大(最小跨度12m,最大跨度达到了18m),屋面檩条采用了高频焊接H型檩条;墙面檩条跨度最大为7.5m,主要采用Z型檩条。
我国轻钢结构现有设计分析水平上对蒙皮效应的认识以及应用编著:阮商陶简介:蒙皮效应是指在建筑物的表面的材质由于本身具有一定的刚度,加之由于本身并不是纯平面板因而会有一定的惯性矩,所以这种建筑物表面的覆盖的材料会对建筑物的整体刚度有一个不可忽视的贡献,特别是在轻钢厂房的设计中,我们考虑这种蒙皮的作用是十分合理的,可以节省大量钢材。
然而我国现行规范中并不提倡考虑蒙皮效应,仅把此项作用看作结构的安全储备。
本文将列举各方面的研究意见,作一个可行性探讨。
关键字: stressed-skin diaphragm 应力蒙皮作用冷弯薄壁型钢结构门式刚架轻型房屋钢结构我国蒙皮设计现状我国自每年钢产量突破亿吨及实行合理利用钢材和积极采用钢结构的政策以来,建筑钢结构得到迅速发展。
各类轻型钢结构的发展尤为迅速。
随着我国钢产量的不断攀升和建设部大力推行住宅产业化以来,以压型钢板及轻型钢框架组成的轻钢结构住宅体系和门式刚架钢结构厂房建筑发展很快。
这种结构体系具有制作简单、安装方便快捷、安全可靠、造型美观和经济效果好等特点,应用范围越来越广泛。
新的行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》于1999年发布实行;《压型钢板拱壳结构技术规程》和《轻型房屋钢结构技术规程》开始编制;现行国家标准《钢结构设计规范》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》也已经修订更新。
而考虑了应力蒙皮效应的压型钢板墙面板、屋面板具有平面内的抗剪能力,能够参与整体结构体系的共同工作,可增强结构的整体刚度,减小结构的侧移,为与它相连的构件梁柱、檩条提供有效的侧向约束作用,从而可以减小或取消一部分支撑构件,甚至还能够减小构件的截面面积。
但由于国内有关屋面板的抗剪性能和板与构件螺栓连接性能的资料尚不充分,因此在目前的设计规程(CECS102)中建议一般不宜考虑应力蒙皮效应,这可能导致造价的提高。
在工程建设中使用压型钢板还只是作为维护结构,其受力蒙皮作用一直没有利用,这不但不能真实反映结构的受力性能,在经济上也是很大的损失。
C型连续檩条的分析与探究发布时间:2021-08-19T11:49:16.680Z 来源:《建筑实践》2021年40卷4月(上)10期作者:李琦夏艳梅[导读] 随着我国经济的飞速发展和我国钢产量的稳步增长,国家对于钢结构工程发展的给予了大力支持,钢结构技术在国内得到了充分而广泛的应用,在轻钢结构领域更是得到了越来越多的普及。
李琦夏艳梅中铁一院集团山东建筑设计院有限公司山东省青岛市266000摘要:随着我国经济的飞速发展和我国钢产量的稳步增长,国家对于钢结构工程发展的给予了大力支持,钢结构技术在国内得到了充分而广泛的应用,在轻钢结构领域更是得到了越来越多的普及。
屋面檩条和墙面墙梁作为轻钢结构的重要结构构件,其用钢量在整体钢结构的用钢量中占比较大。
本文将通过对檩条的优化设计,从而达到降低整体结构的用钢量,充分利用材料性能,降低工程造价,对工程建设提出一些设计方案和想法。
以下内容,将通过对常用的C型檩条设计进行优化,提出两种C型连续檩条的计算方案并对其进行分析和比较,并提出两种C型连续檩条连接节点的做法,并对其中多跨静定梁计算模型下C型连续檩条的连接节点的位置进行分析。
C型连续檩条相较于传统的简支檩条,不仅具有较好的力学性能,同时也具有比较好的经济性,在未来的建设活动中,C型连续檩条会有更好的发展空间。
关键词:C型连续檩条;计算方案;节点做法;性能比较1.C型檩条作为连续檩条存在的优缺点由于建筑的设备管道,门窗洞口,工艺要求,墙面和屋面往往需要开设洞口,对于斜卷边Z型檩条,由于一个面上存在斜面翼缘,使得门窗的开启和泛水板的设置比较困难,容易形成漏水的隐患。
而C型檩条在这个问题上,由于其腹板垂直于翼缘,能够提供一个相对平整的结构面,C型檩条能够组成一个平整的洞口,不影响门窗的开启和泛水板的设置。
在实际安装过程中,也由于其背面的平整性,可以避免像斜卷边Z型檩条,由于檩条的厚度和斜卷边,在搭接位置,螺栓孔错位,外翼缘突起,影响彩板安装等问题。