屋面Z型主檩条计算技术手册

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屋面Z型主檩条计算技术手册

来源先闻公司发布于 2011/9/28 15:32:31 评论(0) 有9726人阅读

屋面Z型主檩条计算主要遵循《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002 及《建筑结构静力计算手册》中相关规定。屋面主檩条承受次檩条传来的集中力作用，且集中力间距相同，取最不利排列求最大弯矩。

檩条宜优先采用实腹式构件，也可采用空腹式构件；跨度大于9m时宜采用格构式构件，并应验算受压翼缘的稳定性。

实腹式檩条宜采用卷边槽型和斜卷边Z形冷弯薄壁型钢，也可采用直卷边的Z形冷弯薄壁型钢。

檩条一般设计成单跨简支构件，实腹式檩条也可设计成连续构件。本软件计算的檩条采用简支结构。

主檩条在设计过程中，可以考虑次檩条对主檩条提供的侧向支承作用。

当次檩条直接支承压型钢板屋面时，其挠度限值为L/150；当尚有吊顶时，其挠度限值为L/240；当仅支承的屋面材料为水泥制品瓦材屋面时，其挠度限值为L/200。因此主檩条挠度限值应在此基础上适当提高。

Z型檩条截面特性计算：

根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002附录B.2.9斜卷边Z形钢：

图中A点为弯心，O点为重心（上下翼缘等宽时，均位于腹板中心）。

毛截面面积：

对X1轴毛截面惯性矩：

对Y1轴毛截面惯性矩：

对X轴毛截面惯性矩：

对Y轴毛截面惯性矩：

计算截面模量时注意：Z型主檩和次檩在受力方向上有区分，按主檩条翼缘上四个点的位置相对于X1、Y1轴的距离分别计算，这是与Z型次檩条相区别的显著特征。当有效截面计算后，构件有效截面模量仍需根据新的中和轴位置（新中和轴相对于X1、Y1而言）重新计算。

毛截面抗扭惯性矩：

毛截面扇性惯性矩：

卷边角度可近似按45°考虑，角可不考虑。

一般情况下，截面验算时，对C型和Z型檩条应考虑弯扭双力矩的影响，但实际工程中，由于屋面板等的影响，此部分计算数值相对较小，可以利用来包络，并经工程实践检验，一般是偏于安全的，同时也简化了计算。

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。

Z型檩条强度计算：

此檩条反力，为沿Y1轴方向。

Z型主檩为受弯构件：

对于弯矩作用，需考虑构件自重、次檩条反力方向性，并加以组合。针对型钢面外，次檩条可认为是侧向支承点。

参数说明：为构件所受绕X1轴弯矩作用；

为构件所受绕Y1轴弯矩作用；

为对截面主轴X1轴的有效净截面模量；

为对截面主轴Y1轴的有效净截面模量；

为钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值，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。

Z型檩条构件中受压板件有效宽厚比计算：

对于Z型檩条，构件腹板为加劲板件，其支承边为上下翼缘；构件上下翼缘为部分加劲板件，其支承边为腹板，部分加劲边为卷边。

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：

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Z型檩条，计算毛截面上下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：

（1）加劲板件（腹板）

当时：

（2）部分加劲板件（翼缘）

1）最大压应力作用于支承边（腹板侧）

当时：

2）最大压应力作用于部分加劲边（卷边侧）

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：

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。

部分加劲板件中卷边的高厚比不宜大于12，卷边的最小高厚比应根据部分加劲板的宽厚比按下表采用：

Z型檩条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：，

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活、1.0恒-1.4负风吸、1.2恒+1.4正风压、1.2恒+1.4活+0.84正风压、1.0恒+1.4活-0.84负风吸、1.2恒+0.98活+1.4正风压、1.0恒+0.98活-1.4负风吸、1.2恒+1.4施工考虑，积灰荷载与活载同时考虑；当计算挠度时取最不利的两种组合，并按标准值考虑。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。

Z型檩条稳定计算

当檩条在受弯作用下，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。

受弯构件：

参数说明：为构件所受绕X1轴弯矩作用；

为构件所受绕Y1轴弯矩作用；

为对截面主轴X1轴的有效截面模量；

为对截面主轴Y1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。

当绕轴X1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X1轴的受压边缘毛截面模量；

为毛截面扇性惯性矩；

为对Y1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。

对于Z型檩条，对上下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活、1.0恒-1.4负风吸、1.2恒+1.4正风压、1.2恒+1.4活+0.84正风压、1.0恒+1.4活-0.84负风吸、1.2恒+0.98活+1.4正风压、1.0恒+0.98活-1.4负风吸、1.2恒+1.4施工考虑，积灰荷载与活载同时考虑；

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。特别注意上下翼缘分别产生受压的不同组合状态，均需进行验算。当受压翼缘有可靠约束阻止其失稳时可不计算稳定性；构件完全受拉时可不计算稳定。当构件出现未受约束的受压板件时即需进行稳定验算。

Z型檩条弯矩、挠度计算：

弯矩根据集中力的分布按设计值计算。挠度计算过程中，要考虑不同荷载组合及施工荷载组合下等各种组合值，取最大挠度需满足挠度限值，且按标准值计算。

集中力数目计算：