墙面方管墙梁计算技术手册

来源 先闻公司 发布于 2011/9/21 8:45:25 评论(0) 有4089人阅读

墙面方管墙梁计算主要遵循 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002 及《钢结构设计规范》 GB50017-2003 中相关规定。

墙梁主要承受水平风荷载，宜将其刚度较大主平面置于水平方向。

当墙梁构件的壁厚不大于6mm，且不小于1.5mm（主承重构件壁厚不小于2mm）时，可以按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》相关条款计算，当超过6mm时，宜按《钢结构设计规范》相关条款按钢结构构件计算。此处用户需根据方管实际成型方式加以区分。

墙梁可设计成简支或连续构件，两端支承在刚架柱上。当墙梁有一定竖向承载力，墙板落地，且墙梁与墙板间有可靠连接时，可不设中间柱，并可不考虑自重引起的弯矩和剪力。若有条形窗或房屋较高且墙梁跨度较大时，墙架柱的数量应由计算确定；当墙梁需承受墙板重及自重时，应考虑双向弯曲。

一般情况下，当墙梁跨度大于4m时，宜在跨中设置一道拉条；当墙梁跨度大于6米时，可在跨间三分点处各设置一道拉条。拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱或墙架柱，一般每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重。当采用方管作为墙梁结构构件时，面外刚度较大，也可不设置拉条，面外计算长度按整个跨度计。当需要时，也可以设置拉条（一般为角钢）作为面外支承点，此处需用户根据实际情况具体问题具体分析。本软件计算过程中按面外无拉条考虑。

当墙梁仅支承压型钢板、瓦楞铁墙面时，其水平挠度限值为L/150（轻钢结构仅压型钢板墙面时可放大至L/100）；当墙梁位于窗洞顶部时，其水平及竖向挠度限值为L/200；当支承砌体墙时，水平挠度限值为L/180，且不大于50mm。当仅为压型钢板时，竖向挠度不得大于10mm。

方管墙梁截面特性计算：

按方管（矩形管）截面计算构件的相关特征数据，参见《方钢管截面计算用户手册》、《矩形钢管截面计算用户手册》。

冷弯效应的强度设计值：

计算全截面有效的受拉、受压或受弯构件的强度，可采用考虑冷弯效应的强度设计值。对经退火、焊接和热镀锌等热处理的冷弯薄壁型钢构件不得采用考虑冷弯效应的强度设计值。

全截面有效时，强度设计值需用考虑冷弯效应的强度设计值来代替。注：采用时需满足几个条件，即为构件为冷弯型钢；未经热处理；全截面有效。

参数说明：为成型方式系数，对于冷弯高频焊（圆变）方、矩形管，取；对于圆管和其他方式成型的方、矩形管及开口型钢，取；

为钢材的抗拉强度与屈服强度的比值，对于Q235钢可取，对于Q345钢可取；

为型钢截面所含棱角数目；

为型钢截面上第个棱角所对应的圆周角，以弧度为单位；

为型钢截面中心线的长度，可取型钢截面积与其厚度的比值。

方管墙梁强度计算：

恒载、自重，为沿竖直方向；对风载为沿水平方向，考虑风吸和风压。按受弯构件计算：

（近似）

（近似）

对于弯矩作用，需考虑构件自重、正负风压的方向性，并加以组合。针对型钢面外，拉条可作为檩条的面外支承点考虑（8、32、90）。

参数说明：为构件所受绕X轴弯矩作用；

为构件所受绕Y轴弯矩作用；

为对截面主轴X轴的有效净截面模量；

为对截面主轴Y轴的有效净截面模量；

为竖向荷载设计值（）所产生的剪力的最大值，按计算（包含自重）；

为水平风荷载设计值（）所产生的剪力的最大值，按计算；

、为墙梁截面沿截面主轴X、Y方向的计算高度，取相交板件连接处两内弧起点间的距离（软件计算时近似取为翼缘宽和腹板高）；

为墙梁截面的厚度；

为钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值，按下表采用：

为钢材抗剪强度设计值，按下表采用：

注：当檩条材质为其他时，应根据相应的材料参数确定、值。

当构件壁厚或成型方式不满足《冷弯薄壁型钢结构技术规范》要求时，按《钢结构设计规范》进行验算（不考虑冷弯效应强度设计值）：

受弯构件：

计算方法及参数含义可参见《受弯构件技术手册》、《拉弯压弯构件计算技术手册》。

方管墙梁构件中受压板件有效宽厚比计算（仅当按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算时如此计算）：

对于方管檩条，构件腹板为加劲板件，其支承边为上下翼缘；构件上下翼缘为加劲板件，其支承边为腹板。

板件的受拉部分按全部有效计。

受压板件有效宽厚比按下列公式计算：

当时：

当时：

当时：

参数说明：为板件宽度；

为板件厚度；

为板件有效宽度；

为压应力分布不均匀系数，：

对于压弯构件、受弯构件及拉弯构件，截面上各板件的压应力分布不均匀系数应由构件毛截面按强度计算，不考虑双力矩的影响。

为受压板件边缘的最大压应力，取正值；

为受压板件另一边缘的应力，以压应力为正，拉应力为负；

为计算系数，，当时，取；

为板件受压区宽度，当时，；当时，；

为计算系数，，其中按下列要求确定：

对于压弯构件，最大压应力板件的取钢材的强度设计值，其余板件的最大压应力按推算。例如在双向弯矩作用下按毛截面计算得出上翼缘1点为最大压应力位置，则此点取为，其余的上翼缘的2点和下翼缘的3、4点均按实际毛截面压应力分布系数，由1点的推算得出。

对于受弯构件及拉弯构件，板件最大压应力应由构件毛截面强度计算得出。

为板件受压稳定系数；

为板组约束系数，若不计相邻板件的约束作用，可取。

对于方管墙梁，计算毛截面内外翼缘四个角点的强度。由此可求压应力分布不均匀系数，计算系数、板件受压区宽度，在其他各参数已知的情况下，仅需计算板件受压稳定系数和板组约束系数，即可得到唯一未知的计算系数，并进一步计算出受压板件的有效宽度。

受压板件的稳定系数按下列公式计算：

加劲板件

当时：

当时：

注：当时，计算的各式按时的计算值采用。

受压板件的板组约束系数按下列公式计算：

当时：

当时：

其中：

参数说明：为计算板件的宽度；

为与计算板件邻接的板件（不包含卷边加劲）的宽度，如果计算板件两边均有邻接板件时，即计算板件为加劲板件时，取压应力较大的一边；

为计算板件的受压稳定系数；

为邻接板件的受压稳定系数。

当时，取，为的上限值。对于加劲板件；对于部分加劲板件。

当计算板件只有一边有邻接板件，即计算板件为非加劲板件或部分加劲板件，且邻接板件受拉时，取。

方管墙梁构件中受压板件有效宽度位置计算：

当受压板件的宽厚比大于前文中的有效宽厚比时，受压板件的有效截面应自截面的受压部分按下图所示位置扣除其超出部分（图中不带斜线部分）来确定，截面的受拉部分全部有效。

上图中的、按下列规定计算：

对于加劲板件：

当时： ，

当时： ，

对于部分加劲板件及非加劲板件：

，

确定各板件在计算组合作用下的有效宽度及失效位置后，需根据实际截面的有效部分重新计算截面的截面特性数据（中和轴位置改变）。并根据实际荷载组合，在该组合作用下重新计算截面四个角点的强度，并判断其是否满足要求。

荷载组合中按1.2恒+1.4正风压、1.2恒+1.4负风吸；当计算挠度时取最不利的两种组合，并按标准值考虑，同时验算两个方向的挠度是否超限。注意墙梁自重不可忽略。

注：各种组合中先判断出最不利组合之后进行计算，并根据所计算组合的当前状态下计算其对应的有效截面。组合不同时，有效截面也不同。

方管墙梁稳定计算

当构件的受压板件受到墙面的约束作用，能阻止侧向失稳和扭转时，可不计算构件的稳定性；当墙梁在各种可能的荷载作用下，如果构件板件出现未被约束的受压板件，即需计算构件的稳定性。受拉构件可不计算稳定性。

一般情况下，当墙梁外侧挂板时，且对外翼缘有约束作用时，仅需计算内侧翼缘受压时的稳定性（即风吸力下）；当两侧都有挂板，且都有对翼缘约束作用时，可不计算整体稳定性；当两侧均没有可以约束翼缘侧向失稳和扭转的可靠连接时，需计算风吸、风压两种情况下构件的稳定性，要注意区分。

受弯构件：

参数说明：为构件所受绕X轴弯矩作用；

为构件所受绕Y轴弯矩作用；

为对截面主轴X轴的有效截面模量；

为对截面主轴Y轴的有效截面模量；

为受弯构件的整体稳定系数，按下文给出的方法计算；

为钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值。

为受弯构件的整体稳定系数，按下文介绍的方法计算。

当绕对称轴X轴弯曲时，其整体稳定系数应按下式计算：

参数说明：为构件毛截面面积；

为构件截面高度；

为构件在弯矩作用平面外的长细比；

为构件的侧向计算长度，；

为构件侧向计算长度系数，按下文表格采用；

为构件的跨度；

、为系数，按下文表格采用；

为横向荷载作用点到弯心的距离：对于偏心压杆或当横向荷载作用在弯心时；当荷载不作用在弯心且荷载方向指向弯心时为负，而离开弯心时为正；

为对X轴的受压边缘毛截面模量；

为毛截面扇性惯性矩；

为对Y轴的毛截面惯性矩；

为扭转惯性矩。

如按上列公式算得的，则应以值代替，值应按下式计算：

由稳定计算公式可知，构件受压板件需做有效宽度计算后取有效截面特性，所以其有效板件的计算方法可以参考前文中强度计算中的内容，按此方法求解此种情形下构件的有效宽度。此部分内容不再重复介绍。

当构件壁厚或成型方式不满足《冷弯薄壁型钢结构技术规范》要求时，按《钢结构设计规范》进行验算（不考虑冷弯效应强度设计值）：

受弯构件：

规范仅给出此限值，且此限值较容易满足，所以规范中未给出超出此限值后的稳定计算方法。

对于方管截面局部稳定需满足：

计算方法及参数含义可参见《受弯构件技术手册》。

对于方管墙梁，对内外翼缘四个角点分别进行稳定验算。确定各板件在计算组合作用下的有效宽度及失效位置后，需根据实际截面的有效部分重新计算截面的截面特性数据（中和轴位置改变）。并根据实际荷载组合，在该组合作用下重新计算截面四个角点的稳定，并判断其是否满足要求。

荷载组合中按1.2恒+1.4正风压、1.2恒+1.4负风吸；当计算挠度时取最不利的两种组合，并按标准值考虑，同时验算两个方向的挠度是否超限。注意檩条自重不可忽略。

注：各种组合中先判断出最不利组合之后进行计算，并根据所计算组合的当前状态下计算其对应的有效截面。组合不同时，有效截面也不同。

方管墙梁挠度计算：

按主轴受弯构件验算其挠度

水平挠度：

垂直挠度： 无拉条

1根拉条

2根拉条

计算过程中，要考虑不同荷载组合的方向性等各种组合值，取最大挠度需满足挠度限值。

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