式中 t ——板厚。
以上计算是按折线截面原则进行的,略去了个转折处圆弧过渡的影响。精确计算表明,其影响在0.5%—4.5%,可以略去不计。当板件的受压部分非全部有效时,应该用有效宽度代替它的实际宽度。
1.4.3 压型钢板的荷载和荷载组合
这里主要介绍压型钢板用作屋面板时的情况。压型钢板用作墙板时,主要承受水平风荷载作用,荷载和荷载组合都比较简单。 1.4.3.1 压型钢板的荷载
(1)永久荷载
当屋面板为单层压型钢板构造时,永久荷载仅为压型钢板的自重;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。 (2)可变荷载
在计算屋面压型钢板的可变荷载时,除需与刚架荷载计算类似,要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载外(见本章1.3.1的内容),还需考虑施工检修集中荷载,一般取1.0kN,当施工检修集中荷载大于1.0kN时,应按实际情况取用。当按单槽口截面受弯构件设计屋面板时,需要按下列方法将作用在一个波距上的 集中荷载折算成板宽度方向上的线荷载(图1—22)。
式中 bpi——压型钢板的波距; F——集中荷载; qre——折算线荷载;
η——折算系数,由实验确定。无实验依据时,可取η=0.5。
进行上述换算,主要是考虑到相邻槽口的共同工作作用提高了板承受集中荷载的能力。折算系数取0.5,则相当于在单槽口的连续梁上,作用了一个0.5F的集中荷载。 屋面板和墙板的风荷载体型系数不同于刚架计算,应按《规程》表A3取用。 1.4.3.2 压型钢板的荷载组合
计算压型钢板的内力时,主要考虑两种荷载组合:
(1)1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载,雪荷载}; (2)1.2×永久荷载+1.4×施工检修集中荷载换算值。
当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时,还应进行下式的荷载组合: (3)1.0×永久荷载+1.4×风吸力荷载。
计算屋面板紧固件时,风荷载体形系数对封闭建筑为:中间区-1.3,边缘带-1.7,角部-2.9。
1.4.4 薄壁构件的板件有效宽度
压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢和Z形钢都属于冷弯薄壁构件,这类构件允许板件受压屈曲并利用其屈曲后强度。因此,在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以有效截面为准。然而,也并非所有这类构件都利用屈曲后强度。对于翼缘宽厚比较大的压型钢板,如图1-20(c)、 (d)所示设置尺寸适当的中间纵向加劲肋,就可以保证翼缘受压时全部有效。所谓尺寸适当包括两方面要求,其一是加劲肋必须有足够的刚度,中间加劲肋的惯性矩符合下列公式要求:
式中 Iis——中间加劲肋截面对平行于被加劲板之重心轴的惯性矩; bs——子板件的宽度; t ——板件的厚度。
对图1—23所示边缘加劲肋,其惯性矩Ies要求不小于中间加劲肋的一半,计算时在公式(1—55)中用b代替bs。
尺寸适当的第二方面的要求是中间加劲肋的间距不能过大,即满足
式中 σ1——受压翼缘的压应力(设计值)。
对于设置边加劲肋的受压翼缘来说,宽厚比应满足下式:
以上计算没有考虑相邻板件之间的约束作用,一般偏于安全。
1.4.5 压型钢板的强度和挠度计算
压型钢板的强度和挠度可取单槽口的有效截面,按受弯构件计算。内力分析时,把檩条视为压型钢板的支座,考虑不同荷载组合,按多跨连续梁进行。 (1)压型钢板腹板的剪应力计算
式中 τ——腹板的平均剪应力(N/mm2
); τcr——腹板剪切屈曲临界应力; h/t——腹板的高厚比。
(2)压刑钢板支座处腹板的局部受压承载力计算
式中 R ——支座反力;
Rw ——一块腹板的局部受压承载力设计值;
a ——系数,中间支座取。a=0.12,端部支座取a=0.06; t ——腹板厚度;
lc ——支座处的支承长度,10mm (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: 式中 Mu ——截面的抗弯承载力设计值,Mu = Wef。 (4)压型钢板同时承受弯矩和剪力的截面,应满足下列要求。 式中 Vu——腹板的抗剪承载力设计值,Vu=(htsinθ)τcr。 (5)压型钢板的挠度限值 压型钢板的挠度与跨度之比,按GB 50018规范不应超过下列限值: (a) 屋面板 (b)墙板 《规程》则对屋面板和墙板分别规定为1/150和1/100。 1.4.6 压型钢板的构造规定 (1)压型钢板腹板与翼缘水平面之间的夹角不宜小于45°。 (2)压型钢板宜采用长尺寸板材,以减少板长度方向的搭接。 (3)压型钢板长度方向的搭接端必须与支撑构件(如檩条、墙梁等)有可靠的连接,搭接部位应设置防水密封胶带,搭接长度不宜小于下列限值: 波高大于或等于70mm的高波屋面压型钢板 350mm 波高小于70mm的高波屋面压型钢板 墙面压型钢板 120mm (4)屋面压型钢板侧向可采用搭接式、扣合式或咬合式等不同连接方式(图1— 24)。当侧向采用搭接式连接时,一般搭接一波,特殊要求时可搭接两波。搭接处用连接件紧固,连接件应设置在波峰上。对于高波压型钢板,连接件间距一般为700~800mm;对于低波压型钢板,连接件间距一般为300—400mm。当侧向采用扣合式或咬合式连接时,应在檩条上设置与压型钢板波形相配套的专用固定支座,两片压型钢板的侧边应确保扣合或咬合连接可靠。 (5)墙面压型钢板之间的侧向连接宜采用搭接连接,通常搭接一个波峰,板和板的连接可设在波峰,亦可设在波谷。 1.5 檩 条 设 计 1.5.1 檩条的截面形式 檩条的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度(柱距)不超过 9m时,应优先选用实腹式檩条。 实腹式檩条的截面形式如图1-25所示。 图1-25(a)为普通热轧槽钢或轻型热轧槽钢截面,因板件较厚,用钢量较大,目前已不在工程中采用。图1—25(b)为高频焊接H型钢截面,具有抗弯性能好的特点,适用于檩条跨度较大的场合,但H型钢截面的檩条与刚架斜梁的连接构造比较复杂。图1—25(c)、(d)、(e)是冷弯薄壁型钢截面,在工程中的应用都很普遍。卷边槽钢(亦称C形钢)檩条适用于屋面坡度i≤1/3的情况,直卷边和斜卷边Z形檩条适用于屋面坡度 i>1/3的情况。斜卷边Z形钢存放时可叠层堆放,占地少。做成连续梁檩条时,构造上也很简单。这三类薄壁型钢的规格和截面特性见附表1.1—1.3。 格构式檩条的截面形式有下撑式 (图1—26a)平面桁架式(图1-26&)和空腹式(图1—26c)等。 当屋面荷载较大或檩条跨度大于9m时,宜选用格构式檩条。格构式檩条的构造和支座相对复杂,侧向刚度较低,但用钢量较少。 本节只介绍冷弯薄壁型钢实腹式檩条的设计内容,格构式檩条的设计内容可参见有关设计手册。 1.5.2 檩条的荷载和荷载组合 檩条所承受的荷载和压型钢板类似,只是增加了檩条和悬挂物的自重。荷载组合也和压型钢板一样,考虑1.4.3.2节所列三种组合,不过在风荷载很大的地区,第三种组合很重要。而檩条和墙梁的风荷载体型系数不同于刚架,应按《规程》表A-2采用。对 封闭的建筑,中间区为-1.15——1.3,边缘带为-1.4~-1.7,角部为-1.4~-2.9,随有效受风面积的大小取值。 1.5.3 檩条的内力分析 设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下,沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用,属于双向受弯构件。在进行内力分析时,首先要把均布荷载q分解为沿截面形心主轴方向的荷载分量qx、qy,如图1—27所示: