式中Wefnx、Wefny分别为截面对主轴x、y的有效净截面抵抗矩。其他符号含义同前。
各内力引起的截面正应力符号规定如下:由弯矩Mx、My引起的截面各点正应力的符号可依其使该点之纤维受拉或受压而定,以受压为正;由双弯矩B引起正应力符号,可根据扭矩m的正负规定,由此B (逆时针的m)所产生的截面各角点正应力的符号可按图3-9确定。
图3-9 由B引起正应力符号
②剪应力计算: ?x?3Vxmax?fv 4b0t3Vymax2h0t?fv
?y?式中, fv——钢材的抗剪强度;
Vxmax、Vymax——墙梁在x、y方向的剪力最大值;
b0、h0——墙梁沿主轴x、y方向的计算高度,取型钢板件连接处两圆弧起点之间的距离;
t——墙梁截面的厚度。
(3)整体稳定性计算:
当墙梁两侧挂有墙板,或单侧挂有墙板承担迎风水平荷载,由于受压竖向板件与墙板有牢固连接,一般认为能保证墙梁的整体稳定性,不需计算;对于单侧挂有墙板的墙梁作用着背风风荷载时,由于墙梁的主要受压竖向板件未与墙板牢固连接,在构造上不能保证墙梁的整体稳定性,尚需按下式计算其整体稳定性:
MyMxB???f
?bxWefxWefyWw式中?bx为单向弯矩Mx作用下墙梁的整体稳定系数,按下式计算,其他各项符号的意义均同前。
?bx??235?4320Ah2?? ?(?????)12?f??yWx?y???2?2eah
4I0.156It??2w?IyhIy?l0??? ?h?2式中 ?y——梁在弯矩作用平面外的长细比;
h——截面高度;A——毛截面面积;
l0——梁的侧向计算长度,l0??bl;
?b——梁的侧向计算长度系数,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002附录A采用;
l——梁的跨度;
?1、?2——系数,按按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002附录A采用;
ea——横向荷载作用点到截面弯心的距离,对于偏心压杆或当横向荷载作用在弯心时ea=0;当荷
载不作用在弯心且荷载方向指向弯心(或作用点位于弯心上侧)时为负,而离开弯心(或位于弯心下侧)时为正;
(4)刚度计算:
在水平风荷载作用下,墙梁为一简支梁,其最大挠度按下式计算:
wymax?5qkyl4384EIx
在竖向荷载作用下,拉条作为墙梁的竖向支承,墙梁为一连续梁,其最大挠度按下式计算:
wxmaxqkxl4? 3070EIy要求墙梁在竖向和水平方向的最大挠度均不大于墙梁的容许挠度,即:
w?[w]
式中[w] 为墙梁的容许挠度按下列规定采用:①压型钢板、瓦楞铁墙面(水平方向)[w]?窗洞顶部的墙梁(水平方向和竖向):[w]?影响窗扇的关启。
(5)拉条计算:
墙梁计算时,拉条作为墙梁的竖向支承点,因此拉条所受拉力即为墙梁承受竖向荷载qx时拉条支撑处的支座反力,由此可知拉条反力:
当墙梁跨中设一道拉条时:Nl?0.625qxl 当墙梁1/3点处设两道拉条时:Nl?0.367qxl
l;②150l (l为墙梁跨度)。且其竖向挠度不得大于l0mm,不然会200拉条所需面积:An?Nl fAn--拉条净面积,如拉条有螺纹,则取螺纹处的有效截面积。拉条直径不小于8mm;
(GB50017-2003)的规定,圆钢f--拉条设计强度。拉条通常由圆钢制作,根据《钢结构设计规范》强度应乘以0.95的折减系数。
§3.9刚架支撑的设计和构造
一.刚架支撑的作用
(1)与承重刚架组成刚强纵向构架以保证主刚架在安装和使用中的整体稳定性和纵向刚度。 (2)为刚架平面外提供可靠的支撑或减少刚架平面外的计算长度。
(3)承受房屋端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及其它纵向力(如温度应力等)。 (4)在地震区尚应承受房屋的纵向水平地震作用。 二.刚架支撑体系的组成
(1)横向水平支撑:实腹式刚架应在横梁上翼缘平面设置上弦横向水平支撑。横向水平支撑宜采用X型,其构件可采用张紧的圆钢,也可采用角钢等刚度较大的截面形式。
(2)柱间支撑:在房屋的纵向框架平面内应设置必要的柱间支撑。柱间支撑也宜采用X型,其交叉斜杆与水平面的夹角不宜大于55?;在不设吊车、仅设悬挂吊车或仅设起重量不大于5吨的非重级工作制吊车时,柱间支撑可采用张紧的圆钢;其它情况下,柱间支撑宜采用单片型钢支撑或双片型钢支撑,其中间交叉节点板及两端节点板都应牢固焊接。当有吊车梁或房屋高度较大时,应分层设置柱间支撑。
(3)水平系杆:在刚架构件转折处,即梁柱连接处和屋脊处的受压翼缘,应设置通长水平系杆。满足长细比要求的檩条也可同时兼作水平系杆。
(4)隅撑:当横梁和柱的内侧翼缘需要设置侧向支撑点时,可利用连接于外侧翼缘的檩条或墙梁设置隅撑。隅撑宜采用单角钢制作,其可连接在内翼缘附近的腹板上,也可连接在内翼缘上,通常采用单个螺栓连接,隅撑与刚架构件的腹板的夹角不宜小于45。
三.支撑构件的设计计算 1.支撑设计计算载荷 (1)纵向风荷载
由房屋两端山墙和天窗架端壁传来的集中风荷载w,当房屋有伸缩缝时,则为房屋一端山墙和天窗架端壁传来的集中风荷载w,并应根据山墙结构包括抗风柱和抗风桁架的布置,按现行《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)的规定,分别计算作用在屋架下弦端支座处的风荷载w1,作用在吊车梁顶面处的风荷载
?w2。
(2)吊车纵向水平荷载
由吊车在轨道上纵向行驶所产生的刹车力,一般按不多于两台吊车计算,该荷载的设计值可由下式决定:
T?0.1?Pmax
式中Pmax——在同一柱列上由两台起重量最大的吊车所有刹车轮(一般每台吊车的刹车轮数可取吊车一侧轮数的一半)的最大轮压之和。
由于轻型钢结构的屋面荷载较轻,支撑的纵向抗震能力较强,历次地震在一些震害调查中未发现有纵向震害,故支撑按建筑抗震设计规范的规定设置,一般可不再进行抗震强度验算。
2.支撑构件内力计算
(1)计算各支撑杆件的内力时,假设各连接节点均为铰接,并忽略各杆件的偏心影响,即各杆件均可按轴心受拉或轴心受压构件计算。
(2)刚架斜梁上横向水平支撑的内力,应根据纵向风荷载按支承于柱顶的水平桁架计算;对于交叉支撑可不计压杆的受力,如图3-10所示。
图3-10 横向水平支撑计算简图 图3-11 柱间支撑计算简图
(3)柱间支撑的内力,应根据该柱列所受纵向风荷载(如有吊车,还应计入吊车纵向制动力)按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算;对于交叉支撑可不计压杆的受力,如图3-11所示。当同一柱列设有多道纵向柱间支撑时,纵向力在各支撑间可按均匀分布考虑。
(4)隅撑应按轴心受压构件设计,其轴压力N可按下式计算:
N?Aff85ncos?fy235
式中?——隅撑与檩条轴线的夹角; n——隅撑的斜杆数;
Af——实腹梁受压翼缘的截面积; f—实腹梁钢材的强度设计值; fy——实腹梁钢材的屈服点。
3.支撑构件截面验算。 (1)支撑构件的长细比验算。
支撑的截面尺寸一般由杆件的长细比的构造要求确定,即首先应满足其容许长细比的要求:
?max????
按《钢结构设计规范》(GB50017—2003)之规定,支撑压杆的???=200;拉杆的???=400。 计算支撑杆件的?max时,应符合下列规定: ①张紧圆钢拉杆的长细比不受限制。
②十字交叉支撑的斜杆仅作受拉杆件验算时,其平面外的计算长度取节点中心间的距离(交叉点不作为节点考虑);而其平面内的计算长度取节点中心至交叉点间的距离。
③计算单角钢受拉杆件的长细比时,应采用角钢最小回转半径;但在计算单角钢交叉拉杆在支撑平面外的长细比时,应采用与角钢肢边平行轴的回转半径。
④双片支撑的单肢杆件在平面外的计算长度,可取横向联系杆之间的距离。 (2)支撑构件的强度和稳定性验算。
按轴心受拉或受压验算各支撑构件的强度和稳定性: ①轴心受拉受压构件强度验算:
??N?f An②轴心受压构件稳定性验算:
??N?f ?A上两式中N——轴心拉力或压力; A——构件的毛截面面积; An——构件的净截面面积; f——材料设计强度;
?——轴心受压构件的稳定系数,按《钢结构设计规范》(GB50017—2003)的规定计算。
§3.10压型钢板的设计与计算
一、压型钢板的类型及适用条件
压型钢板是以冷轧薄钢板为基板,经镀锌或镀锌后覆以彩色涂层再经辊弯成型的波纹板材,具有成型灵活、施工速度快、外观美观、重量轻、易于工业化、商品化生产等特点,广泛用作建筑屋面及墙面围护材料。
压型钢板按表面处理情况可分为以下三种:
1.镀锌压型钢板:其基板为热镀锌板,镀锌层重应不小于275g/m2(双面),产品标准应符合国际《连续热镀锌薄钢板和钢带》的要求。
2.涂层压型钢板:在热镀锌基板上增加彩色涂层的薄板压型而成,其产品标准应符合GB/T12754—91《彩色涂层钢板及钢带》的要求。
3.锌铝复合涂层压型钢板:为新一代无紧固件的扣压式压型钢板,其使用寿命更长,但要求基板为专用的、强度等级更高的冷轧薄钢板。
压型钢板根据其波型截面可分为:
①高波板:波高大于70mm,适用于作屋面板;
②中波板:波高30~70mm,适用于作楼面板及中小跨度的屋面板; ③低波板:波高小于30mm,适用于作墙面板。
选用压型钢板时,应根据荷载及使用情况选用已有的定型产品。
压型钢板的屋面坡度可在1/6~1/20间采用,当屋面排水面积较大或地处大雨量区及板型为中波板时,宜选用1/l0~1/12的坡度;当选用长尺高波板时,可采用1/15~1/20的屋面坡度;当为扣压式或咬合式压型板(无穿透板面紧固件)时,可用1/20的屋面坡度;对暴雨或大雨量地区的压型板屋面尚应进行排水验算。
一般永久性大型建筑选用的屋面承重压型钢板宽度与基板宽度(一般为1000mm)之比为覆盖系数,应