用时在满足承载力及刚度的条件下宜尽量选用覆盖系数大的板型。
二、压型钢板的计算 1.压型钢板计算荷载 (1)永久荷载(恒荷载)。当屋面板为单层压型钢板构造时永久荷载仅为其自重;当为双层板构造时(中间设置玻璃棉保温层),作用在底板(下层压型钢板)上的永久荷载除其自重外,还需考虑保温材料和龙骨的重量。其荷载分项系数为1.2,但当该永久荷载效应对计算有利时(验算负风压作用),分项系数取1.0。
(2)可变荷载(活荷载)。作用在屋面压型钢板上的可变荷载包括:屋面均布活荷载、施工检修集中荷载(一般取1.0KN,大于此值时按实际情况取)、雪荷载、积灰荷载,在风载较大地区并受有较大风吸力时,尚需考虑风吸力的影响。
屋面均布活荷载标准值(按投影面积计算),取0.5kN/m2;雪荷载、积灰荷载和风荷载均可按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)查得,其中对可能形成不均匀积灰或积雪的局部屋面区域,应按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)的规定,考虑其增值影响。可变荷载的荷载分项系数为1.4。
(3)荷载组合。屋面压型钢板的计算荷载一般应考虑下列荷载组合: ①永久荷载+屋面均布荷载和雪荷载中的较大值十积灰荷载; ②永久荷载+施工检修集中荷载换算值;
③永久荷载+风吸力荷载(当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时)。
当压型钢板一个波上作用有集中荷载F时,尚需考虑永久荷载+施工检修集中荷载换算值;其集中荷载F需按下式折算成沿板宽方向的均布线荷载qre,并按qre进行单个波距或整块压型钢板有效截面的弯曲计算:
qre??F bpi式中 F——作用在一个波上的集中载荷;
bpi——压型钢板的波距;
?——折算系数,由实验确定,无实验依据时可取0.5。
2.压型钢板截面特性及有效截面计算
(1)压型钢板截面几何特性计算:压型钢板板厚较薄,一般为0.4~1.2mm左右。如果截面各部分板厚不变,它的截面特性可采用“线性法”或称之“中线法”计算。线性法是指将平面薄板由其“中轴线”代替,根据中轴线计算截面各项几何特性后,再计入板厚t的影响。按线性法计算与精确法计算相比,误差仅为0.2%~2.7%左右。为方便计算通常先将截面各组成板件编号,然后列表计算。
取压型钢板的单波作为计算单元,分析其截面几何特性。计算时忽略转角影响,板厚为t,如图3-9所示。为方便计算,表3-6列出了计算单元中各板件的几何特性,根据表中各板件的几何特性,求整个单元的几何特性。
图3-12 压型钢板单波计算单元
表3-6 计算单元板件几何特性表 板件编号 ① 2×② 2×③ 板件长度b 各板件距1-1轴距离 y 0 D/2 D by 0 by2 0 hD2 2I0t hD2 2?12I1t 2hD23b1 2h b2 hD b2D b2D2 0 b2D2 注:表中I0为板件自身主轴的惯性矩;I1为板件对1-1轴的惯性矩。
?b?L?b?b12?2h
?by?D?b2?h?
2?2?It?Db?h? ??123???byy=
?b1?D(b2?h)
Ly2?D?y1?D(b1?h) LD2t?22?Ix??b1b2?hL?h? L?3?2??Dt?b1b2?hL?h2?I3?
Wcx?x=?y1b2?h2??Dt?b1b2?hL?h2?I3? Wtx?X=?b1?hy2式中 Ix——截面对x轴的惯性矩;
Wcx——受压翼缘对x轴全截面抵抗矩; Wtx——受拉翼缘对x轴全截面抵抗矩。
(2)压型钢板有效截面计算:压型钢板为薄壁截面,由于局部稳定的要求,其承载截面常需按有效截面
计算。压型钢板受压翼缘有效截面,应分别按两边支承板和一边支承、一边卷边板件两种情况考虑。
两边支承板:①两纵边均与腹板相连,如图3-13所示板件①;②压型钢板受压翼缘较宽时,常采用中间加劲肋,以提高其有效宽度。一纵边与腹板相连,另一纵边与中间加劲肋相连,如图3-14所示板件③。
③一边支承、一边卷边板:一纵边与腹板相连,另一纵边与边加劲肋相连,如图3-13、3-14所示板件②。上述压型钢板受压翼缘的边加劲肋和中间加劲肋应满足以下设计要求:
边加劲肋 Ies?1.83t427100?b?4且Ies?9t ???fy?t?42 中间加劲肋 Iis?3.66t27100?bs?4且Iis?18t ???fy?t?2式中 Ies——边加劲肋截面对其平行于被加劲板件截面之重心轴的惯性矩;
Iis——中间加劲肋截面对其平行于被加劲板件截面之重心轴的惯性矩;
bs——子板件的宽厚比,图3-14中板件③。 tbt——边加劲板件的宽厚比。
图3-13压型钢板截面? 图3-14 带肋压型钢板截面?
受压翼缘纵向加劲肋符合设计要求的压型钢板受压翼缘有效宽厚比按加劲板件或部分加劲板由《冷弯薄壁型钢结构技术规范》5.6.1条确定;即按下列公式计算:
当
bbb?18??时: e?c;
ttt???bcbe?21.8??b???0.1? 当18??<<38??时:
btt??t??t??当
b25??bcb? ?38??时: e?btttt式中 b——板件宽度; t——板件厚度; be——板件有效宽度;
?——计算系数,??1.15?0.15?,当?<0时,取??1.15;
?——压应力分布不均匀系数,???min; ?max,取正值; ?max——受压板件边缘的最大压应力(N/mm2)
,以压应力为正,拉应力为负; ?min——受压板件另一边缘的应力(N/mm2)
bc——板件受压区宽度,当??0时,bc?b;当?<0时,bc?b; 1???——计算系数,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》相关规定取值。
压型钢板腹板的有效宽厚比也按上述相同方法的有加劲肋板考虑。 3.压型钢板强度验算
压型钢板的强度可取一个波距或整块压型钢板的有效截面按受弯构件计算,验算应包括正应力与剪应力计算,当其受压板不是全截有效时,应按有效截面及取荷载设计值验算压型钢板的强度。
①腹板剪应力计算:
当ht<100时, ???cr?8550, ??fv ?ht?855000
当ht?100时 ???cr?式中 ?——腹板的平均剪应力;
?ht?2 ?cr——腹板的剪切屈曲临界剪应力; ht――腹板高厚比。
②压型钢板支座处的腹板,按下式验算局部受压承载力:
R?Rw; Rw??t2fE0.5?0.02lct2.4???90?
2???? 式中 R——支座反力;Rw——一块腹板的局部受压承载力设计值;t——腹板厚度(mm); ?——系数,中间支座取??0.12,端部支座取??0.06;
lc——支座处的支承长度,10mm<lc<200mm,端部支座可取lc?10mm;
?——腹板倾角(45≤?≤90)。
③压型钢板同时承受弯矩M和支座反力R的截面,应满足下列要求:
??MMu?1.0;RRw?1.0;MMu?RRw?1.25
式中 Mu——截面的弯曲承载力设计值,Mu?Wef
④压型钢板同时承受弯矩M和剪力V的截面,应满足下列要求:
?M ??M?u??V??????V???1 ??u?22式中 Vu——腹板的抗剪承载力设计值,Vu??htsin???cr,?cr按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
相关规定取值。
4.压型钢板刚度验算
压型钢板计算跨度内最大挠度应满足下面公式设计要求,当受压板不是全截面有效时,应按有效截面及荷载标准值验算压型钢板的挠度:
wmax??w?
式中?w?为压型钢板容许挠度,屋面板:屋面坡度<1/20时,?w?=l/250;当屋面坡度?1/20时,?w?=l/200;墙板:?w?=l/150。
对于不同支承情况压型钢板的挠度可采用以下计算公式: 多跨连续板wmax3ql4? '384EIX悬臂板 wmaxql4? '8EIX5ql4? '384EIX简支板 wmax
式中 q——作用于压型钢板荷载分量的标准值;
l——压型钢板计算跨度;
IX——压型钢板的有效毛截面惯性矩。
以上压型钢板的强度和刚度验算,均考虑其在均布荷载作用下的受力状态。由于压型钢板是由很薄的钢板加工而成,如果让其承受局部集中荷载,压型钢板容易产生局部屈曲。所以应尽量避免集中荷载直接作用在压型钢板上。在特殊情况下,应把局部集中荷载分散作用在压型钢板的固定支架所在位置上,并且荷载不应超过固定支架和螺栓各自的容许强度。
'§3.11柱脚设计
压弯杆与基础的连接,可采用铰接和刚接柱脚两种类型。铰接柱脚的构造和计算方法与轴心受压柱的柱脚相同。刚接柱脚的构造要求是能同时传递轴力N和弯矩M。柱脚构造要保证传力明确,它与基础的连接要坚固,并要便于制造和安装。
当N和M都比较小,且底板与基础之间只承受不均匀压应力时,可采用图3-15a或b所示的构造方案。图3-15a和轴心受压柱的柱脚类同。图3-15b中底板的宽度B根据构造要求决定,要求板的悬伸部分C不宜赶过2~3cm。B决定后,可根据底板下基础的压应力不超过基础混凝土抗压设计强度设计值fce的要求来决定底板的长度L。
?max?N6M??fce BLBL2式中N和M是使底板产生最大压应力的最不利的内力组合。