冷弯薄壁型钢构件验算
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第一节风荷载最大处檩条计算一. 设计资料采用规范:《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002》《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002》檩条间距为1 m;檩条的跨度为4.38 m;檩条截面采用:C-300*80*25*2.5-Q235;以下为截面的基本参数:A(cm2)=9.73 e0(cm)=5.11I x(cm4)=703.76 i x(cm)=8.5W x(cm3)=63.98I y(cm4)=68.66 i y(cm)=2.66W y1(cm3)=33.11W y2(cm3)=12.65 I t(cm4)=0.2028 I w(cm6)=6351.05 没有布置拉条;屋面的坡度角为36度;净截面折减系数为0.98;屋面板不能阻止檩条上翼缘的侧向失稳;能构造保证檩条下翼缘在风吸力下的稳定性;简图如下所示:二. 荷载组合及荷载标准值考虑恒载工况(D)、活载工况(L1)、施工活载工况(L2)、风载工况(W);强度验算时考虑以下荷载工况组合:1.2D+1.4L11.35D+0.98L11.2D+1.4L2稳定验算时考虑以下荷载工况组合:1.2D+1.4L11.2D+1.4L1+0.84W1.2D+0.98L1+1.4W1.35D+0.98L1D+1.4W挠度验算时考虑以下荷载工况组合:D+L1D+W恒载:面板自重: 0.2kN/m2自动考虑檩条自重;活载:屋面活载: 0.5kN/m2施工活载: 作用于跨中点1kN风载:基本风压: 5.46kN/m2体型系数-1,风压高度变化系数1风振系数为1;风压综合调整系数1;风载标准值:-1×1×1×1×5.46=-5.46kN/m2三. 验算结果一览验算项验算工况结果限值是否通过受弯强度 1.2D+1.4L1 149.265 216.799 通过整稳 1.2D+1.4L1 153.278 216.799 通过挠度D+W 17.3054 29.2 通过2轴长细比- 164.662 200 通过3轴长细比- 51.5294 200 通过四. 受弯强度验算最不利工况为:1.2D+1.4L1最不利截面位于,离开首端2190mm绕3轴弯矩:M3= 2.001kN·m绕2轴弯矩:M2= 1.455kN·m计算当前受力下有效截面:毛截面应力计算σ1=2.001/63.98×1000-(1.455)/33.11×1000=-12.655N/mm2(上翼缘支承边)σ2=2.001/63.98×1000+(1.455)/12.65×1000=146.279N/mm2(上翼缘卷边边)σ3=-(2.001)/63.98×1000-(1.455)/33.11×1000=-75.217N/mm2(下翼缘支承边)σ4=-(2.001)/63.98×1000+(1.455)/12.65×1000=83.717N/mm2(下翼缘卷边边)计算上翼缘板件受压稳定系数k支承边应力:σ1=-12.655N/mm2非支承边应力:σ2=146.279N/mm2较大的应力:σmax=146.279N/mm2较小的应力:σmin=-12.655N/mm2较大的应力出现在非支承边压应力分布不均匀系数:ψ=σmin/σmax=-12.655/146.279=-0.08651部分加劲板件,较大应力出现在非支承边,ψ≥-1时,k=1.15-0.22ψ+0.045ψ2=1.15-0.22×-0.08651+0.045×-0.086512=1.169 计算下翼缘板件受压稳定系数k支承边应力:σ1=-75.217N/mm2非支承边应力:σ2=83.717N/mm2较大的应力:σmax=83.717N/mm2较小的应力:σmin=-75.217N/mm2较大的应力出现在非支承边压应力分布不均匀系数:ψ=σmin/σmax=-75.217/83.717=-0.8985部分加劲板件,较大应力出现在非支承边,ψ≥-1时,k=1.15-0.22ψ+0.045ψ2=1.15-0.22×-0.8985+0.045×-0.89852=1.384 计算腹板板件受压稳定系数k第一点应力:σ1=-75.217N/mm2第二点应力:σ2=-12.655N/mm2全部受拉,不计算板件受压稳定系数计算σ1构件受弯上翼缘σ1=146.279N/mm2下翼缘σ1=83.717N/mm2腹板σ1=-12.655N/mm2计算上翼缘板件有效宽度ξ=220/75×(1.169/1)0.5=3.172ξ>1.1,故k1=0.11+0.93/(3.172-0.05)2=0.2054对于部分加劲板件,k1>2.4或者邻接板件受拉,取k1=2.4ψ=-0.08651<0,故α=1.15B c=75/[1-(-0.08651)]=69.028ρ=(205×2.4×1.169/146.279)0.5=1.983B/t=75/2.5=30αρ=1.15×1.983=2.281B/t≦18αρ,有效宽度B e=69.028全板件有效计算下翼缘板件有效宽度ξ=220/75×(1.384/1)0.5=3.451ξ>1.1,故k1=0.11+0.93/(3.451-0.05)2=0.1904对于部分加劲板件,k1>2.4或者邻接板件受拉,取k1=2.4ψ=-0.8985<0,故α=1.15B c=75/[1-(-0.8985)]=39.505ρ=(205×2.4×1.384/83.717)0.5=2.852B/t=75/2.5=30αρ=1.15×2.852=3.28B/t≦18αρ,有效宽度B e=39.505全板件有效计算腹板板件有效宽度全部受拉,全部板件有效。
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第一节风荷载最大处檩条计算一. 设计资料采用规范:《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2019》《冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2019》檩条间距为1 m;檩条的跨度为4.38 m;檩条截面采用:C-300*80*25*2.5-Q235;以下为截面的基本参数:A(cm2)=9.73 e0(cm)=5.11I x(cm4)=703.76 i x(cm)=8.5W x(cm3)=63.98I y(cm4)=68.66 i y(cm)=2.66W y1(cm3)=33.11W y2(cm3)=12.65 I t(cm4)=0.2028 I w(cm6)=6351.05 没有布置拉条;屋面的坡度角为36度;净截面折减系数为0.98;屋面板不能阻止檩条上翼缘的侧向失稳;能构造保证檩条下翼缘在风吸力下的稳定性;简图如下所示:二. 荷载组合及荷载标准值考虑恒载工况(D)、活载工况(L1)、施工活载工况(L2)、风载工况(W);强度验算时考虑以下荷载工况组合:1.2D+1.4L11.35D+0.98L11.2D+1.4L2稳定验算时考虑以下荷载工况组合:1.2D+1.4L11.2D+1.4L1+0.84W1.2D+0.98L1+1.4W1.35D+0.98L1D+1.4W挠度验算时考虑以下荷载工况组合:D+L1D+W恒载:面板自重: 0.2kN/m2自动考虑檩条自重;活载:屋面活载: 0.5kN/m2施工活载: 作用于跨中点1kN风载:基本风压: 5.46kN/m2体型系数-1,风压高度变化系数1风振系数为1;风压综合调整系数1;风载标准值:-1×1×1×1×5.46=-5.46kN/m2三. 验算结果一览验算项验算工况结果限值是否通过受弯强度 1.2D+1.4L1 149.265 216.799 通过整稳 1.2D+1.4L1 153.278 216.799 通过挠度D+W 17.3054 29.2 通过2轴长细比- 164.662 200 通过3轴长细比- 51.5294 200 通过四. 受弯强度验算最不利工况为:1.2D+1.4L1最不利截面位于,离开首端2190mm绕3轴弯矩:M3= 2.001kN·m绕2轴弯矩:M2= 1.455kN·m计算当前受力下有效截面:毛截面应力计算σ1=2.001/63.98×1000-(1.455)/33.11×1000=-12.655N/mm2(上翼缘支承边)σ2=2.001/63.98×1000+(1.455)/12.65×1000=146.279N/mm2(上翼缘卷边边)σ3=-(2.001)/63.98×1000-(1.455)/33.11×1000=-75.217N/mm2(下翼缘支承边)σ4=-(2.001)/63.98×1000+(1.455)/12.65×1000=83.717N/mm2(下翼缘卷边边)计算上翼缘板件受压稳定系数k支承边应力:σ1=-12.655N/mm2非支承边应力:σ2=146.279N/mm2较大的应力:σmax=146.279N/mm2较小的应力:σmin=-12.655N/mm2较大的应力出现在非支承边压应力分布不均匀系数:ψ=σmin/σmax=-12.655/146.279=-0.08651部分加劲板件,较大应力出现在非支承边,ψ≥-1时,k=1.15-0.22ψ+0.045ψ2=1.15-0.22×-0.08651+0.045×-0.086512=1.169 计算下翼缘板件受压稳定系数k支承边应力:σ1=-75.217N/mm2非支承边应力:σ2=83.717N/mm2较大的应力:σmax=83.717N/mm2较小的应力:σmin=-75.217N/mm2较大的应力出现在非支承边压应力分布不均匀系数:ψ=σmin/σmax=-75.217/83.717=-0.8985部分加劲板件,较大应力出现在非支承边,ψ≥-1时,k=1.15-0.22ψ+0.045ψ2=1.15-0.22×-0.8985+0.045×-0.89852=1.384 计算腹板板件受压稳定系数k第一点应力:σ1=-75.217N/mm2第二点应力:σ2=-12.655N/mm2全部受拉,不计算板件受压稳定系数计算σ1构件受弯上翼缘σ1=146.279N/mm2下翼缘σ1=83.717N/mm2腹板σ1=-12.655N/mm2计算上翼缘板件有效宽度ξ=220/75×(1.169/1)0.5=3.172ξ>1.1,故k1=0.11+0.93/(3.172-0.05)2=0.2054对于部分加劲板件,k1>2.4或者邻接板件受拉,取k1=2.4 ψ=-0.08651<0,故α=1.15B c=75/[1-(-0.08651)]=69.028ρ=(205×2.4×1.169/146.279)0.5=1.983B/t=75/2.5=30αρ=1.15×1.983=2.281B/t≦18αρ,有效宽度B e=69.028全板件有效计算下翼缘板件有效宽度ξ=220/75×(1.384/1)0.5=3.451ξ>1.1,故k1=0.11+0.93/(3.451-0.05)2=0.1904对于部分加劲板件,k1>2.4或者邻接板件受拉,取k1=2.4 ψ=-0.8985<0,故α=1.15B c=75/[1-(-0.8985)]=39.505ρ=(205×2.4×1.384/83.717)0.5=2.852B/t=75/2.5=30αρ=1.15×2.852=3.28B/t≦18αρ,有效宽度B e=39.505全板件有效计算腹板板件有效宽度全部受拉,全部板件有效。
冷弯薄壁型钢规范冷弯薄壁型钢规范是针对冷弯薄壁型钢的设计、施工和验收等方面的规范性文件,旨在确保冷弯薄壁型钢的质量、安全和可靠性。
下面是关于冷弯薄壁型钢规范的一篇1000字的介绍:冷弯薄壁型钢是指在常温下通过冷弯加工将冷轧钢板或热轧钢板产生弯曲变形而形成的构件,其截面形状为矩形、圆形、槽形和开口形等。
由于其重量轻、成本低、加工方便和良好的抗弯刚度等特点,广泛应用于建筑、桥梁、机械制造和船舶等行业中。
冷弯薄壁型钢规范主要包括以下几个方面的内容:1.材料规定:冷弯薄壁型钢材料的选择和标准,包括钢板的材质、化学成分、力学性能等要求。
材料质量是冷弯薄壁型钢质量的保证,必须符合国家标准和相关规范的要求。
2.构件设计:冷弯薄壁型钢构件的截面形状、尺寸和连接方式等设计要求。
包括弯曲半径、板厚比、角度限制、配筋要求等。
设计时需要考虑构件受力情况、变形要求和稳定性等因素。
3.施工工艺:冷弯薄壁型钢的制作和安装工艺,包括冷弯加工方法、焊接工艺、连接方式等。
施工中需要确保冷弯薄壁型钢的尺寸精确、表面平整、连接牢固,以保证构件的质量和性能。
4.验收标准:冷弯薄壁型钢构件的验收标准和方法,包括尺寸检查、外观质量、焊缝质量、力学性能等方面的要求。
验收时需要进行严格的检查和试验,确保冷弯薄壁型钢符合规范和设计要求。
冷弯薄壁型钢规范的制定对于提高冷弯薄壁型钢的质量和增强其工程应用性非常重要。
规范的制定是在多年的实践经验和理论研究基础上,总结出一套科学、合理、可行的技术要求和标准,用于引导和规范冷弯薄壁型钢的设计、施工和验收等过程。
随着冷弯薄壁型钢的广泛应用,其规范也在不断更新和完善。
规范的修订应该根据实际情况和技术发展的需要进行,充分考虑新材料、新工艺和新设计理念等因素,以适应不断变化的工程需求,并为冷弯薄壁型钢的应用提供更好的技术支持和指导。
总之,冷弯薄壁型钢规范是一项非常重要的建筑工程规范,它的制定和实施对于确保冷弯薄壁型钢的质量和施工质量具有重要意义。
冷弯薄壁卷边型钢构件有限条法屈曲计算误差分析孙冰【摘要】通过对不同长度C型和Z型截面冷弯薄壁型钢构件进行屈曲临界荷载计算,将有限条法(FSM)计算结果和有限元法(FEM)计算结果进行对比,分析了有限条法计算误差产生的原因;并且归纳了有限条法在冷弯薄壁型钢构件屈曲分析中的适用范围.算例分析表明,有限条计算结果中只有长细比较大且发生一个半波屈曲的情况才与实际相符合.%The error of finite strip method is analysed after calculating the critical buckling load on different length of C section and Z section cold-formed steel members by finite strip method and finite element method.Then the suitable range of the buckling analysis of cold-formed thin-walled steel members by finite strip method are concluded.The example show that only the members with only one half wave and large slenderness ratio are in accordance with the practice.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)014【总页数】6页(P173-178)【关键词】有限条法;冷弯薄壁型钢;屈曲;长细比【作者】孙冰【作者单位】南京理工大学理学院,南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TG386.31冷弯薄壁型钢构件是指冷加工而成的各种截面形状的型材,如图1所示。
与热轧型钢构件相比,冷弯薄壁型钢构件具有截面形式多样、易于加工成型等优点;与同样面积的热轧钢相比,冷弯薄壁型钢的截面回转半径可以增大50%以上,惯性矩也能相应提高50%~180%左右[1—3]。
3d3s冷弯薄壁钢住宅结构计算冷弯薄壁钢是一种新型建筑材料,不仅具有轻质、高强度、耐腐蚀的特点,还具备了施工快速、环保可持续等优势。
在现代建筑领域得到了广泛应用。
本文将结合3D3S软件,对冷弯薄壁钢住宅结构进行计算分析。
一、引言随着人们对住房品质和安全要求的不断提高,传统混凝土和砖瓦结构的局限性逐渐暴露出来,冷弯薄壁钢结构作为一种新兴的建筑技术,因其独特的优势受到了广泛的关注。
二、冷弯薄壁钢结构特点冷弯薄壁钢结构是以冷弯型钢和薄壁钢板为主要构件的建筑结构体系,它的主要特点包括:1. 重量轻:薄壁钢结构相较于传统建筑材料,具有更轻的自重,减轻了建筑物对基础和地基的负荷。
2. 施工快速:冷弯薄壁钢构件的制作可在工厂进行,然后现场拼装,大大缩短了建造周期。
3. 空间利用率高:冷弯薄壁钢结构的轻质特性使得室内空间可以更好地利用。
4. 环保可持续性:冷弯薄壁钢结构采用可回收的材料,且在施工过程中产生的污染较小。
三、冷弯薄壁钢住宅结构计算使用3D3S软件作为工具,进行冷弯薄壁钢住宅结构的计算,包括以下几个方面:1. 受力分析:通过输入结构的几何尺寸、材料性能等参数,进行受力分析,获取结构的受力情况。
2. 结构设计:根据受力分析结果,进行结构设计,包括柱、梁、墙等的设计和计算。
3. 节点设计:冷弯薄壁钢结构的节点是关键部位,需要进行细致的设计和计算,以确保其安全性和可靠性。
4. 抗震设计:考虑到住宅结构的抗震性能,需要进行抗震设计,提高结构的整体抗震能力。
5. 框架分析:利用3D3S软件进行框架分析,分析结构在各个工况下的承载能力和变形情况。
四、计算结果分析根据3D3S软件的计算结果,对冷弯薄壁钢住宅结构进行分析:1. 结构强度:通过计算,可以得到结构的受力情况,判断结构强度是否满足设计要求。
如弯矩、剪力、轴力等参数的大小与构件的截面尺寸和材料性能的匹配情况等。
2. 结构稳定性:分析结构在不同荷载工况下的稳定性,包括整体稳定、局部稳定等方面。
冷弯薄壁卷边H型钢受弯构件局部屈曲分析摘要:采用有限条软件CUFSM对200种不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下的局部屈曲应力进行计算,并利用构件的屈曲应力分析了不同的卷边宽厚比、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对冷弯薄壁卷边H型钢局部屈曲性能的影响。
在此基础上,提出了适用于求解冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下局部屈曲应力的简化计算式,并将简化公式计算的结果与有限条法计算的结果进行对比,表明所提出的简化计算式具有很好的适用性和精确性。
关键词:冷弯薄壁卷边H型钢;有限条软件CUFSM;受弯构件;局部屈曲普通的H型钢是由3块板高频焊接而成的,由于施工简单、方便被广泛地用于土木工程中。
但是对于这种普通的H型钢来说,其翼缘容易出现局部屈曲失稳,因此不得不限制翼缘板的宽厚比。
最直接的做法就是增大翼缘板的厚度,其用钢量也就增加了。
在这种情况下,提出了一种新型截面的型钢,冷弯薄壁卷边H型钢。
其两个方向的惯性矩比较接近,因此其抗弯刚度相对较大。
当冷弯薄壁卷边H型钢主要承受弯矩作用时,其卷边的存在可以提高其绕弱轴的惯性矩,并且卷边的加劲或部分加劲作用可以提高翼缘板屈曲后的强度。
文献[1]以卷边工形构件和普通工形构件为研究对象,从稳定性能和经济性能两方面进行对比,研究结果表明:卷边工形构件是一种较普通工形构件更为经济高效的型材。
文献[2-4]中提到卷边工形钢相比一般的卷边C型和Z型钢而言,更具有显著的优势,可广泛用于屋面系统的檩条构件,特别是可用作跨度超过12 m的檩条构件,并且还可用作主要的承重构件。
目前,对于冷弯薄壁卷边H型钢的研究主要在适用性的问题上,很少有文献去关注最容易发生屈曲失稳的问题。
本文将使用有限条软件CUFSM[5]求得弹性局部屈曲应力,然后分析卷边宽厚比、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对构件发生局部屈曲的影响,最后建立弹性局部屈曲应力计算式。
现有的GB 50017—2003《钢结构设计规范》中鲜有明确的条文指出关于冷弯薄壁卷边H型钢的设计规定,设计人员缺乏设计依据,在一定程度上制约了其发展与应用。
冷弯薄壁型钢屋架的设计计算特点冷弯薄壁型钢屋架杆件的内力计算与普通钢屋架相同。
对五角形、七角形、梯形等屋架应考虑半跨活荷载或安装荷载的不利影响,可能使某些腹杆内力更大或由拉杆变为压杆;对三角形屋架则总是全跨最大荷载控制。
对屋面坡度较小(<30°)的屋架,当风荷载较大而屋面较轻时,还应考虑恒荷载和风荷载上吸力的组合,可能使下弦杆和某些受拉腹杆变为受压、或支座反力变为受拉而需可靠锚固。
与小角钢、圆钢结构相仿,冷弯薄壁型钢截面较小,故设计时所用钢材和连接的强度设计值应比普通钢结构略为降低,一般约低5%。
《冷弯薄壁型钢结构技术规范GBJ18-87》经过分析,对专门适用于冷弯薄壁型钢结构的强度设计值作了具体规定。
例如,Q235钢、16Mn 钢的抗拉,抗压和抗弯强度设计值规定为205、300N/mm 2(普通钢结构为215、315 N/mm 2),相应角焊缝强度设计值为140、195 N/mm 2(普通钢结构为160、200 N/mm 2),且一律取βf =1等。
对某些受力不利情况还要乘以折减系数,例如焊接方管受压弦杆和支座斜杆0.95,单面连接单角钢轴心受力构件强度、整体稳定和连接的折减系数同普通钢结构等。
屋架杆件采用的计算长度与普通钢屋架相同;但因杆件间一般直接相焊不用节点板,故所有杆件在屋架平面内的计算长度均取节点中心间的距离。
薄壁型钢杆件(承受静力或间接动力荷载)的容许长细比为:受压弦杆和支座压杆150,其它受压腹杆和支撑压杆200,拉杆350。
管形截面轴心受拉构件的计算同普通钢结构,其强度按净截面计算;对开口形截面当轴心力不通过剪切中心时,则还应考虑扭转影响引起的应力。
轴心受压构件的计算与普通钢结构相仿,但有下列区别:(1) 计算强度时按有效净截面面积A ef n ,对开口形截面当轴心力不通过剪切中心时应考虑扭转纵向应力;计算整体稳定时按有效截面面积A ef ,但在计算挠度、长细比、稳定系数等用到截面回转半径等几何特性时则仍按毛截面计算。
冷弯薄壁型钢构件的制作与安装要求低层冷弯薄壁型钢结构构件的钢材厚度在0.55~1.60mm 范围内,常用型号U 形截面(图2)一般用作顶梁、底梁或边梁, C 形截面(图3)一般用作梁柱构件。
(L 形截面一般用作连接件或过梁) U 形截面构件和C 形截面承重构件的厚度应不小于0.84mm 。
图1 U 形截面 图2 C 形截面1.制作与安装的一般要求冷弯型钢长度切割允许偏差为±1.5mm 。
冷弯型钢构件断面厚度允许偏差为+0.02mm 。
立柱沿墙面平整度允许偏差为±5mm/每4m 。
立柱纵向弯曲允许偏差为±2mm/每4m 。
立柱间距允许偏差为±3mm 。
螺钉位置允许偏差为±3mm 。
刚性填充保温隔热材料的平整度允许偏差为±5mm/每4m 。
不得采用引起钢材急剧发热和损坏镀层的切割方法柱、梁等其它构件不应有弯曲、扭曲、开裂或其它损坏现象,否则应及时更换。
每个柱、梁等构件都应具备制造商的证明书、无镀层的材料厚度、最小镀层设计和材料屈服强度。
2.紧固件和螺栓安装要求不等厚的构件连接时,螺钉应从较薄的构件穿入较厚的构件。
螺钉的长度宜超出构件厚度9mm ~13mm ,或拧紧后至少要外露出3个螺距。
钢构件连接时,钻具应以每分2,500转的低速驱动螺钉。
螺栓连接时,螺孔孔径比螺栓直径大1~2mm ,螺母和连接件之间要加垫圈。
经设计同意用焊接替代螺栓连接时,焊接构件都应清除污渍并涂好防腐层。
3.墙柱安装要求在永久支撑安装好之前,要提供临时构件来支撑墙体。
所有承重柱都必须与顶(底)梁连接,柱端部和顶(底)梁腹板之间的间隙不应大于3mm。
当门槛、窗台或其它部件直接与混凝土连接时,其墙的下部应密封。
4.房屋龙骨安装(1)施工准备施工现场应准备充分的施工辅助工具,如磁力线锤、水平尺、钢尺、电枪、电钻、手提式砂轮机、各种型号套筒扳手、吸尘器、棚梯、脚手架等等。