1、 引言

      压型钢板作为轻型围护材料已在钢结构建筑中占据越来越重要的地位。随着压型板新板型的不断推出，其造型更加美观，产品更加细分，其适用范围更趋广泛，但于此同时，到目前还没有解决有关压型板的理论计算问题。作为生产厂家，熟悉其计算方法，则可生产出兼顾市场需求且安全可靠的压型板板型；作为结构设计工程师，则可根据结构特点，选择合适的板型，并进行可靠的受荷计算，使其合理、安全，而不能对压型板承载能力仅仅停留在檩条（墙梁）布置间距在1500mm左右这样一个靠经验总结出的概念上。压型钢板板型不同，其檩距也应各不相同。设计压型钢板时，应根据板型几何特点、基板材质、基板厚度、支承条件及荷载条件等综合考虑，经计算后确定。

      压型钢板的基板大多采用冷轧板，后经冷弯成型，因此压型钢板计算主要依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中相关条文规定。考虑到结构中板材多为搭接后连为整体，所以压型板在计算中可采用单波距进行承载力验算，这样更贴近于压型钢板实际工作状态下的受力情况。根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，压型板计算主要包含以下几个方面：毛截面惯性矩的计算、加劲肋是否有效的判别、腹板剪应力承载能力计算、支座处腹板局部受压承载力验算、跨中位置最大弯矩及剪力作用下截面承载力验算、支座位置最大弯矩及支座反力下截面承载力验算、最大挠度计算、施工荷载验算等，上述验算过程均是建立在该承载位置的有效截面宽度计算的基础上。以上多数计算，在规范中已给出具体的计算方法，但其中仍有一些模糊的或未被明确的条款影响计算的准确性与合理性。

      下面针对计算过程中，就规范应用时遇到的几个主要问题与大家进行探讨。

2、 规范应用中存在的问题及解决办法

      2.1 压型钢板材质

      在结构设计中，压型钢板作为围护结构，其承载力应给予验算。但近年来，由于彩板市场的不断发展，新型彩板层出不穷，以及设计人员或对其不重视，或对其材料不了解，在实际工程设计中，设计工程师很少对其材质提出要求，且承包单位采购过程中也对材料性能不做要求，致使很多工程中的彩板构件承载能力无法知道或可能存在缺陷。

      根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，对钢材牌号及强度设计值要求仅有如下表格：

表1 钢材强度设计值

      规范仅给出两种材质，而现今的彩钢板市场上，因冷轧工艺及其他原因而出现了多种基板材质。根据基板钢材屈服强度不同，可分为220、250、280、320、350、400、500、550等多种基板钢材强度级别。现今规范已远不能满足实际工程实施过程中的选材要求，且因对材质要求的不重视，无论从设计及采购角度出发，都有可能对工程产生比较严重的后果。特别提出，现今550级钢作为高强度彩钢板已广泛应用于围护结构中，其力学性能及施工方法等应尽早的进行系统的分析并写入规范，以满足日益发展的工程需求。

      2.2 压型钢板加劲肋

      根据GB50018-2002，有关压型钢板，其针对加劲肋，主要有以下相关条款：加劲板件的认定、纵向加劲肋认定；针对压型板计算，主要有受压板件稳定系数计算、受压板件板组约束系数计算、进而计算出受压板件有效宽度。

      围护用压型板加劲肋多存在于下翼缘，当承受向下的荷载作用时，其下翼缘受拉，可以认为其板件全截面有效，但当承受风吸力时，其下翼缘转换为受压板件，此时对下翼缘有效宽度计算时，对加劲肋的作用则应考虑到板型计算中去。

      下面列举几种常用板型，针对其加劲肋形式及计算方法，对比规范条款，与大家共同探讨：

图1 常用板型

      本文暂不讨论边加劲肋及部分加劲板件，仅针对有中间加劲肋的受压板件进行探讨。

      根据GB50018-2002，7.1.2 第一条：两纵边均与腹板相连，或一纵边与腹板相连、另一纵边与符合规范要求的中间加劲肋相连的受压翼缘，可按加劲板件确定其有效宽厚比。

      7.1.4条 压型钢板的受压翼缘的纵向加劲肋应符合下列规定：

      中间加劲肋

      且

      规范5.6.3 受压板件的板组约束系数按公式（公式不再列出）计算，公式中约束系数与计算板件邻接的板件的宽度有关。

      （1）加劲肋形式的认定

      根据压型板成型工艺，为涂层板或镀层板经连续辊压冷弯后成型，因此其板件加劲肋的形式基本可以分为以下三种：

图2 板件加劲肋形式

      根据当前常用板型中存在的加劲肋形式，暂不考虑加劲肋是否满足规范要求的前提下，常规意义上可以认定U型加劲肋及V型加劲肋可以起到板件加劲效果。针对长开口的梯形加劲肋就不能简单的认定，当图中u值较大时，加劲肋本身也就成为一个小的加劲板件，当作为一个整体考虑时，其是否可以整体认为是一个加劲肋，对其所在板件起到我们初始假定的加劲肋的作用效果还有待研究。根据实际板型归纳，现今建筑用压型钢板中此类梯形加劲肋恰恰在各种屋面压型板中应用最多，因此作为设计、计算主要依据的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》应专门针对此类加劲肋给出更多的计算方法及认定方法，以免在工程设计中造成设计假定的偏差，从而影响压型板的承载力计算。

      （2）加劲肋有效的认定

      根据规范7.1.4要求，加劲肋需满足公式要求才能认为加劲肋有效，归纳现今大多数已在工程中应用的板型，其下翼缘加劲肋多数不能满足规范中公式要求。一般情况下，根据规范公式计算出的中间加劲肋惯性矩限值一般在30~60mm⁴范围内，而实际加劲肋计算所得出的惯性矩一般在5~15 mm⁴范围内，远不能满足其要求。若要满足规范要求的限值，则加劲肋高度至少在5mm以上，现今大多数屋面压型板下翼缘加劲肋都不满足此要求。

      根据规范内容的理解，当不满足有效条件时，计算过程中只能认为其加劲无效，按平板考虑，而此加劲肋虽在计算上不能满足规范要求，但其实际的加劲效果还是存在的，因此是否可以抛开规范公式限值，以其他方法把加劲肋的实际加劲效果考虑到计算中。参考澳洲标准（AS/NZS 4600:1996）及该标准的最新版本（AS/NZS 4600:2005），对中间加劲肋所在的中间加劲板件，可以引入“等效板件”的计算方法，将加劲板件等效成比原板件厚的平板板件，之后利用公式计算其有效宽度，原理采用惯性矩等效。

      等效流程如下图示：

图3 等效流程

      上述是指在加劲肋不满足现今规范要求的前提下，仍考虑加劲肋的加劲效果下的等效过程，该过程同样适用于多个中间加劲肋的情况（不论加劲是否满足规范要求）。

      2.3 中间加劲板件的计算

      这里只讨论有一个中间加劲肋和多个中间加劲肋情况下的受压加劲板件的有效宽度的计算。

      （1）仅有一个中间加劲肋时，根据规范7.1.2 第一条：两纵边均与腹板相连，或一纵边与腹板相连、另一纵边与符合规范要求的中间加劲肋相连的受压翼缘，可按加劲板件确定其有效宽厚比。现加劲肋按认定其有效考虑，此条仅针对有一个中间加劲肋的受压板件，其有效宽度按规范计算，其流程如下：

图4 有效宽度计算流程

      按此规范给定的方法，将宽度为a的板件（加劲肋有效）拆分为两个宽度为b的加劲板件计算，并分别根据规范公式求出其有效长度。

      计算过程中，当求解受压板件板组约束系数时，计算结果与计算板件邻接的板件宽度有关。规范规定，当两边均有邻接板件时，取压应力较大一侧的邻接板件宽度。实际计算过程中，多为均匀受压，但一侧与腹板相连，一侧与加劲肋相连，规范并未给出取哪一侧的邻接板件宽度，此时我们可以取为与计算板件邻接的腹板宽度计算。

      （2）针对有多个（至少2个）中间加劲肋时，规范并未给出明确的计算方法。此时会出现两边均与加劲肋相连的子板件，而工程实际中，特别是在风吸力验算时，对下翼缘又多为多个中间加劲肋的情况，所以明确此种情况下的受压板件算法是非常重要的。

      参考澳洲标准（AS/NZS 4600:1996）及该标准的最新版本（AS/NZS 4600:2005），综合其计算思路及计算方法，并协调GB50018-2002中关于压型板的计算方法，提出关于多个中间加劲肋时的受压加劲板件计算方法的思路。

      根据对AS/NZS 4600:1996的理解可知，我国的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》基本沿承其计算方法和思路，并对其加以改进。AS/NZS 4600:1996中关于多个中间加劲肋时的受压板件主要从两种情况考虑：1、与腹板相连的第一子板件如果出现失效（加劲肋布置并不密集），则认为仅离腹板最近的两个加劲肋有效，其他各加劲肋忽略，对其按两边支承的加劲板件进行计算，求得有效宽度。2、子板件全截面有效（加劲肋布置密集）时，采用等效厚度概念来代替此加劲板件，之后按两边为腹板支承的加劲板件计算其有效宽度。

      等效厚度计算公式：

      AS/NZS 4600:2005是澳洲标准的最新版本，其针对板件计算进行了改进，不再对加劲肋是否有效加以判断，而是在计算过程中直接考虑了加劲肋对板件的影响，包括其自身的截面面积。综合了96版标准中多种情况的分类，统一算法。

      综合以上，在沿承GB50018-2002计算方法的基础上，可以提出对多个中间加劲肋的受压加劲板件的计算思路，以等效厚度板件的方法加以计算，可以很容易的与现有规范实现衔接。

图5 多个加劲肋等效厚度计算流程

      由此图示思路，计算方法又可以与上文中的认定无效的加劲肋的作用效果相统一，实现压型钢板多种荷载组合作用下的承载力验算，同时也可以为相关的压型钢板承载力验算的设计软件提供计算思路，涵盖多种可能情况。

      2.4 连接件的计算

      现今工程中，随着屋面及墙面压型钢板板型的不断更新，其连接方法已不再局限于原有的压型板与檩条直接利用自攻螺钉连接。特别是屋面压型钢板，为保证其伸缩性，已有多种连接方法及连接件推出市场，现有的计算方法已不太能满足工程实际计算需要。

图6 几种常用固定连接件样式

      屋面压型钢板，当采用自攻螺钉连接时，其连接位置也多处于波峰位置；当采用中间连接件连接时，虽连接件与檩条连接仍多采用螺钉连接，但连接件与板之间多为咬合连接或者扣合连接，且此时还涉及到连接件自身的强度是否满足的问题。

      当采用自攻螺钉连接时，其连接的破坏形式主要有板材撕裂、螺钉拔脱及螺钉剪断。现有规范仅能做的是对前两种情况的估算，对第三种情况，特别是在高强度压型钢板时也有出现，而规范并未给出合适的计算方法，况且市场上对自攻螺钉的抗剪要求也缺乏标准。针对压型板其他连接件，其材质、强度计算也应列入规范要求。

3、结论

      国内现处于经济飞速发展时期，钢结构行业也在实现着突飞猛进的发展。在此时期，各种新材料、新工艺、新方法也在快速涌现，这就要求行业内部的规范、标准的制定及更新更要及时、准确，这样才能与市场同步，同时也能有效的约束市场行为。

      本文对压型钢板计算中存在问题及规范的局限性进行了分析，并参考国外规范提出一些设计建议，可供相关规范修订参考，也可为设计人员提供思路。

参考文献

[1] GB 50018-2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范.

[2] AS/NZS 4600:1996 Australian/New Zealand Standard Cold-formed steel structures.

[3] AS/NZS 4600:2005 Australian/New Zealand Standard Cold-formed steel structures.

[4] GB/T 12755-2008 建筑用压型钢板.

[5] GB/T 2518-2004 连续热镀锌钢板及钢带.