鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)快速入門教材(冷彎薄壁型鋼)

--61-第五章冷彎薄壁型鋼第一節(jié)截面特性及用途冷彎薄壁型鋼是型鋼的一個(gè)品種，承受6mm以下的薄壁型鋼板進(jìn)展冷彎壓制成形。一、冷彎薄壁型鋼以截面形式分類閉合截面如圓形、方形、長(zhǎng)方形、三角形等。開口截面CZ型、L冷彎薄壁型鋼都在彎板機(jī)上成型，其特點(diǎn)在折角處都形成一個(gè)弧形。二、冷彎薄壁型鋼的機(jī)械力學(xué)性能機(jī)械力學(xué)性能Q235Q345屈服點(diǎn)s屈服點(diǎn)s〔MPa〕抗拉強(qiáng)度〔MPa〕b應(yīng)力比/伸長(zhǎng)率sbs薄形鋼板448～457559～56279.7～81.823～28冷彎型鋼575～590641～66588.3～89.731～34冷彎后的平均抗拉強(qiáng)度與原薄鋼板之比抗拉強(qiáng)度：

641559559

100%14.67%665562562

100%18.33%就是說抗拉強(qiáng)度可以提高15%～18%高，韌性下降，塑性儲(chǔ)藏削減。這里要特別指出的Q235的冷彎薄壁型鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度fy205MPa 不得利用冷彎后的強(qiáng)度提高值，同時(shí)冷彎薄壁型鋼作為檁條、墻梁不是強(qiáng)度掌握，而是撓度掌握。型鋼的截面的特性(1)截面計(jì)算假定桿件長(zhǎng)度和截面的平均尺寸及桿壁的厚度屬于不同等級(jí)，稱為薄壁桿件。設(shè)計(jì)仍為平面假定，但截面上的應(yīng)力是均布應(yīng)力；抗彎抗扭應(yīng)力水平較低，簡(jiǎn)潔局部失穩(wěn)；抗剪計(jì)算相當(dāng)繁鎖的腹板驗(yàn)算，簡(jiǎn)潔局部屈曲及剪力滯后效應(yīng)。(2)截面特性與一般截面同樣，在x、y方向應(yīng)具有的慣性矩，截面抗矩及回轉(zhuǎn)半徑處，由于開口薄壁桿件抗扭水平較低，但構(gòu)造抗扭是不行避開的，為了較正確的反響開口薄壁桿件在受Iw口薄壁桿件的穩(wěn)定性。三、冷彎薄壁型鋼的用途

及最大扇性截面抵抗距W

來校核開當(dāng)提到冷彎薄壁型鋼似乎只有用在檁條和墻梁上，由于是薄壁就想到鋼材易銹蝕，使25使用冷彎薄壁型鋼時(shí)，業(yè)主和設(shè)計(jì)的工程師們應(yīng)有一個(gè)價(jià)值觀，使設(shè)計(jì)得到較佳的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和合理的使用時(shí)效，這是設(shè)計(jì)工程師應(yīng)具有的準(zhǔn)則。6.0m15m〔詳見附圖七十六～三層的住宅、別墅、中小型的商場(chǎng)，超市等。完全可以做到建筑風(fēng)格特異，美觀大方的現(xiàn)代建筑風(fēng)格。其次節(jié)標(biāo)準(zhǔn)修訂的內(nèi)容〔GB50018-2023〕版本而言。11255156一、標(biāo)準(zhǔn)的主要修訂內(nèi)容原標(biāo)準(zhǔn)公布執(zhí)行后，標(biāo)準(zhǔn)治理組即針對(duì)前述有待進(jìn)一步爭(zhēng)論的主要問題，準(zhǔn)時(shí)組織國(guó)內(nèi)有關(guān)單位協(xié)同攻關(guān)，進(jìn)展了系統(tǒng)的調(diào)查爭(zhēng)論和必要的科學(xué)試驗(yàn)，在此根底上，制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，又認(rèn)真總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐閱歷，對(duì)國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和科研成果進(jìn)展了全面的分析、比照，使標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定更為科學(xué)、合理、牢靠，更符合當(dāng)前工程實(shí)踐和技術(shù)進(jìn)步的需要。標(biāo)準(zhǔn)的主要修訂內(nèi)容如下：〔GB50068〕的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)第4.1.3條對(duì)設(shè)計(jì)冷彎薄壁型鋼構(gòu)造時(shí)承受的構(gòu)造重要性系數(shù)0

0

不但取決于構(gòu)造的安全等級(jí)，尚應(yīng)計(jì)及構(gòu)造設(shè)計(jì)使用年限的影響。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于安全等級(jí)為二級(jí)的一般工業(yè)與民用建筑的冷彎薄壁型鋼構(gòu)造，設(shè)計(jì)使用年限為500

不應(yīng)小于1.0，設(shè)計(jì)使用250

不應(yīng)小于0.95，以使設(shè)計(jì)更為安全、合理。此外，由于修訂的《建〔GB50009〕將住宅和辦公樓樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由1.5kn/m2提高到2.0kn/m23050合原則，均對(duì)標(biāo)準(zhǔn)牢靠度有較大的影響。標(biāo)準(zhǔn)通過牢靠度分析，其目標(biāo)牢靠度指標(biāo)均有不同程度的提高，也改善了原標(biāo)準(zhǔn)某些構(gòu)件〔如受彎桿件〕牢靠度偏低的現(xiàn)象，使全部〔GB50068〕要求各種安全等級(jí)下各種破壞形式的牢靠度指標(biāo)不得小于標(biāo)準(zhǔn)0的規(guī)定，使設(shè)計(jì)更為牢靠。標(biāo)準(zhǔn)增列的第4.1.10條中規(guī)定，當(dāng)承受不能滑動(dòng)的緊固件連接壓型鋼板及其支承構(gòu)件形成屋面和墻面等圍護(hù)體系時(shí)，可在單層房屋設(shè)計(jì)中考慮受力蒙皮作用。2050帶有牢靠連接的圍護(hù)體系的這類構(gòu)造的應(yīng)力和變形均較裸骨架的相應(yīng)值為小，隨后英、美等國(guó)又對(duì)此進(jìn)展了較為全面、深入地試驗(yàn)爭(zhēng)論，結(jié)果說明，圍護(hù)構(gòu)造自身平面內(nèi)的抗剪力量可增加構(gòu)造的整體工作性能，這種效應(yīng)通常被稱為受力蒙皮〔STRESSEDSKIN〕作用，考慮這種效應(yīng)可節(jié)約材料和工程造價(jià)的10%左右，且可大大提高構(gòu)造的整體工作性能和牢靠程度。由于受力蒙皮效應(yīng)與圍護(hù)構(gòu)造所承受的板型、尺寸、連接件的類型、尺寸、間距以及圍護(hù)構(gòu)造與支承構(gòu)造之間、板件之間的連接方式、牢靠程度等諸多因素有關(guān)，不少設(shè)計(jì)參數(shù)確實(shí)定尚有賴于特定的試驗(yàn)，無法簡(jiǎn)潔套用。因此，原標(biāo)準(zhǔn)公布后，標(biāo)準(zhǔn)治理組組織了國(guó)內(nèi)有關(guān)單位依據(jù)我國(guó)的實(shí)際狀況對(duì)此類構(gòu)造體系的受力蒙皮效應(yīng)進(jìn)展了系統(tǒng)的試驗(yàn)爭(zhēng)論和理論分析，歷經(jīng)10載，取得了不少有價(jià)值的成果，并擬在此根底上編制相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以供工程實(shí)際參照承受。標(biāo)準(zhǔn)則在根本設(shè)計(jì)規(guī)定中增列了第4.1.10條提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員留意，在條件具備時(shí)宜考慮受力蒙皮作用，以收節(jié)約用材、降低造價(jià)和提高構(gòu)造牢靠性之利，具體的設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)要求則留待特地的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)定。近年來，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位先后分別對(duì)冷彎薄壁型鋼軸心受壓構(gòu)件、壓彎構(gòu)件及受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性和構(gòu)件中受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性的相關(guān)作用問題進(jìn)展了較為深入的理論分析和系統(tǒng)的試驗(yàn)爭(zhēng)論，使我們對(duì)此類構(gòu)件整體—局部相關(guān)屈曲的生疏更為深刻，上述一系列的理論分析和試驗(yàn)爭(zhēng)論構(gòu)造指出，原標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)所列根本構(gòu)件設(shè)計(jì)公式中引用有效截面特性替代全截面特性來考慮受壓板件的局部屈曲及構(gòu)件整體屈曲間的相關(guān)性和互動(dòng)作用的方法具有足夠的工程精度，在目前尚無更好的替代方案的狀況下，沿用此法是可行的。故標(biāo)準(zhǔn)中仍承受有效寬厚比法來處理冷彎薄壁型鋼構(gòu)造種類根本構(gòu)件整體屈曲和受壓板件的局部屈曲之間的相關(guān)影響。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)受壓板件屈后強(qiáng)度〔POST—BUCKLINGSTRENGTH〕及有效寬厚比的計(jì)算方法作了全面的修訂，與原標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定相比，計(jì)算更為便利、準(zhǔn)確、物理概念更為合理、明晰。標(biāo)準(zhǔn)依國(guó)際慣例，將原標(biāo)準(zhǔn)中的兩邊支承板件，一邊支承、一邊卷邊板件和一邊支承、一邊自由板件分別改稱為加勁板件、局部加勁板件和非加勁板件，使含義更為明確，便于與國(guó)際接軌。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于上列三類受壓板件規(guī)定統(tǒng)一的有效寬厚比計(jì)算公式，便于編程電算。(3)標(biāo)準(zhǔn)給出的受壓板件有效寬厚比的計(jì)算公式是以板組〔而不是單板〕作為分析單元的，考慮了相鄰板件對(duì)計(jì)算板件的約束影響，以板組受壓的理論分析和試驗(yàn)構(gòu)造為依據(jù)制訂的，分析比較說明，按此法所得之計(jì)算值和相應(yīng)試驗(yàn)值的吻合程度更好，更能反映冷彎薄壁型鋼構(gòu)造構(gòu)件中受壓板件的實(shí)際工作性能。(4)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)非均勻受壓板件有效寬度的分布圖形作為調(diào)整，明確規(guī)定此類板件的受拉區(qū)全部有效，板件的有效寬度按肯定的比例安排于其受壓區(qū)兩端，此安排比例取決于板件類別及板件所承受的應(yīng)力大小及應(yīng)力比值。標(biāo)準(zhǔn)的這項(xiàng)規(guī)定與原標(biāo)準(zhǔn)相比，物理概念更為明確、合理，更可杜絕在某些狀況下按原標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定可能會(huì)消滅的受拉區(qū)板件局部無效的弊病。標(biāo)準(zhǔn)完善了受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)b

的計(jì)算公式。原標(biāo)準(zhǔn)附錄三之〔二〕中列出的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)b

的計(jì)算公式適用于截面強(qiáng)軸是對(duì)稱軸或非對(duì)稱軸的狀況，使用時(shí)簡(jiǎn)潔混淆。標(biāo)準(zhǔn)中未列出繞截面弱軸彎曲時(shí) 的b計(jì)算公式，需由設(shè)計(jì)者自行按前述公式代換相應(yīng)幾何特性，使用不便，亦易出錯(cuò)。A.23種狀況的b

計(jì)算公式，避開了上述弊端，便利使用。此外，近年來對(duì)受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性的進(jìn)一步的理論分析和試驗(yàn)爭(zhēng)論說明，承受橫b

算式中的計(jì)算系數(shù)3

的值均不大于1.0b的算式中偏安全地取3

=1.0，簡(jiǎn)化了計(jì)算，其所致誤差在實(shí)際工程的允許偏差范圍之內(nèi)。補(bǔ)列了彎矩作用于非對(duì)稱平面內(nèi)的單軸對(duì)稱開口截面壓彎構(gòu)件穩(wěn)定性的計(jì)算公式。原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了雙軸對(duì)稱截面壓彎構(gòu)件及彎矩作用于對(duì)稱平面內(nèi)的單軸對(duì)稱開口截面壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算方法，卻未給出彎矩作用于非對(duì)稱平面內(nèi)的單軸對(duì)稱開口截面壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算公式，而工程中?？赡苡玫酱祟悩?gòu)件，因此，標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)與軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算公式及受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性計(jì)算公式自然連接協(xié)調(diào)的要求，并與有限試2個(gè)半閱歷公式來計(jì)算此類構(gòu)件彎矩作用于平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性。增列了幾種近年來在冷彎薄壁型鋼構(gòu)造中廣泛使用的穎連接設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定。依據(jù)對(duì)近年來國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造的和自國(guó)外引進(jìn)的已建成的及在建的冷彎薄壁型鋼構(gòu)造的調(diào)查覺察，在這此構(gòu)造中除習(xí)用的傳統(tǒng)連接方式〔如焊接、螺栓連接等〕外，一些型連接件如拉鉚釘、自攻〔自鉆〕螺釘、射釘、喇叭形焊縫、化學(xué)螺栓等的應(yīng)用已日趨普遍，但缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)指南。標(biāo)準(zhǔn)在分析、爭(zhēng)論國(guó)內(nèi)外有關(guān)試驗(yàn)爭(zhēng)論成果及工程實(shí)踐驗(yàn)的基礎(chǔ)上，參照、借鑒了國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，在第6章增列了喇叭形焊縫連接、拉鉚釘連接、自攻〔自鉆〕螺釘連接和射釘連接的計(jì)算方法和構(gòu)造要求，試驗(yàn)爭(zhēng)論說明，建議的構(gòu)造要求是牢靠的，對(duì)于促進(jìn)冷彎薄壁型鋼構(gòu)造的推廣使用和進(jìn)展是格外必要的。對(duì)應(yīng)用最廣泛的冷彎薄壁型鋼構(gòu)造構(gòu)件〔如壓型鋼板、檁條、墻梁、剛架等〕的計(jì)算方法和構(gòu)造要求作了全面修改與補(bǔ)充。①在總結(jié)近年來冷彎薄壁型鋼構(gòu)造工程實(shí)踐閱歷和工程事故教訓(xùn)的根底上，參照國(guó)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，放寬了對(duì)壓型鋼板和檁條的容許撓度的限制，增列了山形門式剛架梁的容許撓度和剛架柱頂容許側(cè)移值的規(guī)定，以在保證構(gòu)造安全和正常使用前提下，適度降低冷彎薄壁型鋼構(gòu)造構(gòu)件的材料用量，使之與國(guó)外同類型產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較為接近，以提高我國(guó)冷彎型鋼構(gòu)造的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。②近年來，在多跨門式剛架體系中不少都承受了中間搖擺柱，作為中間支承它受力合理，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，省工省料，故標(biāo)準(zhǔn)中增列了確定中間柱為搖擺柱或非搖擺柱的多跨門式剛架柱計(jì)算長(zhǎng)度的條款，以供設(shè)計(jì)承受。③標(biāo)準(zhǔn)增列了當(dāng)剛架梁為變截面構(gòu)件時(shí)，剛架柱計(jì)算長(zhǎng)度的計(jì)算方法，并依據(jù)不同的柱腳構(gòu)造規(guī)定了相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)，以使計(jì)算結(jié)果更為合理、準(zhǔn)確。④為便利疊置運(yùn)輸及堆放，削減相關(guān)費(fèi)用，標(biāo)準(zhǔn)增列了斜卷邊Z近似計(jì)算公式，以適應(yīng)實(shí)際工程需要。8章中增列了關(guān)于墻梁設(shè)計(jì)的規(guī)定，主要內(nèi)容包括單側(cè)、雙側(cè)掛墻板的墻梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計(jì)算公式、構(gòu)造要求兩個(gè)主要受力方向墻梁的容許撓度以及為保證墻梁整體穩(wěn)定性所應(yīng)實(shí)行的構(gòu)造措施等。⑥近年來，壓型鋼板不僅被廣泛用作屋面和墻面的圍護(hù)構(gòu)造，還大量用于高層建筑中的組合樓板及非組合效應(yīng)的樓板，故在標(biāo)準(zhǔn)第7章中增列了壓型鋼板用作非組合效應(yīng)樓板，的計(jì)算方法及構(gòu)造要求方面的規(guī)定。此外，用作屋面板或墻板的長(zhǎng)尺壓型鋼板往往連續(xù)跨越假設(shè)干根檁條和墻梁，故標(biāo)準(zhǔn)中亦相應(yīng)增列了這方面的有關(guān)規(guī)定。主要內(nèi)容包括：(a)增列了在集中力或支座反力作用處的壓型鋼板腹板局部折曲〔CRLPPLING〕承載力的計(jì)算公式；增列了同時(shí)承受彎矩和集中力〔或支座反力〕或同時(shí)承受彎矩和剪力作用的壓型鋼板的強(qiáng)度計(jì)算公式，以供設(shè)計(jì)承受。增列了相應(yīng)在構(gòu)造措施。增列了壓型鋼板用作非組合效應(yīng)樓板的容許撓度。二、需進(jìn)一步爭(zhēng)論的問題無疑，標(biāo)準(zhǔn)分散著我國(guó)在冷彎薄壁型鋼構(gòu)造領(lǐng)域內(nèi)近十年來的科研成果和工程實(shí)踐閱歷，對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容作了較為全面的修訂與補(bǔ)充，能比較充分、科學(xué)地表達(dá)當(dāng)前國(guó)內(nèi)這類構(gòu)造的設(shè)計(jì)、制作及施工的水平。但仍有不少總是有待今后進(jìn)一步探究和爭(zhēng)論。要大力進(jìn)展冷彎薄壁型鋼的專用鋼材。這種鋼材應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、良好的展延加工性能和耐久性，特別是應(yīng)有超強(qiáng)的大氣腐蝕性能。要大力研制、開發(fā)各種冷彎薄壁型鋼構(gòu)造構(gòu)件的專用型鋼系列，逐步實(shí)現(xiàn)冷彎薄壁型鋼構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)化、商品化生產(chǎn)。厚壁冷彎型鋼構(gòu)造構(gòu)件性能的試驗(yàn)爭(zhēng)論。冷彎型鋼的剩余應(yīng)力，冷彎效應(yīng)的試驗(yàn)爭(zhēng)論，冷彎型鋼構(gòu)造構(gòu)件幾何缺陷的統(tǒng)計(jì)分析，以及上述因素與各類構(gòu)造極限承載力的爭(zhēng)論。關(guān)于計(jì)及各類受壓件局部屈曲影響的冷彎鋼構(gòu)造構(gòu)件極限承載力有用計(jì)算方法的爭(zhēng)論。型冷彎型鋼空間構(gòu)造體系的爭(zhēng)論。冷彎型鋼構(gòu)造疲乏性能、動(dòng)力性能的爭(zhēng)論。建立并逐步完善冷彎型鋼構(gòu)造試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。冷彎薄壁型鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)及各類設(shè)計(jì)、施工、制作適用軟件的開發(fā)。冷彎型鋼耐久性能的爭(zhēng)論。在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過程中，期望各單位留意積存資料，總結(jié)閱歷，隨時(shí)把覺察的問題和相關(guān)建議寄交標(biāo)準(zhǔn)治理組，以便今后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步的修訂，以適應(yīng)我國(guó)冷彎薄壁型鋼構(gòu)造和社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)蓬勃進(jìn)展的需要。第三節(jié)檁條和墻梁的設(shè)計(jì)與構(gòu)造一、截面選型和構(gòu)造要求C形和Z4～9m不等，其用鋼指標(biāo)7.5mC形檁條和墻梁一般設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)友形式，Z形檁條和墻梁可以設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)支或肯定程度的連續(xù)形式，可以減小檁條的撓度。構(gòu)造要求如以下圖示：1．C簡(jiǎn)支檁條〔詳見附圖七十七〕2．Z簡(jiǎn)支連續(xù)①布置外形〔詳見附圖七十八〕②構(gòu)造要求〔詳見附圖七十九〕二、設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)載取值1．風(fēng)載的體型系數(shù)〔無女兒墻時(shí)〕(詳見附圖八十)構(gòu)造構(gòu)件分區(qū)構(gòu)造構(gòu)件分區(qū)封閉式建筑局部封閉式建筑A10m2A10m2中間區(qū)①-1.2①-1.6邊緣帶②-1.4②-1.8角部③-1.4③-1.8中間區(qū)④-1.1④-1.5+1.0+1.1邊緣帶⑤-1.1+1.0⑤-1.5+1.1構(gòu)造構(gòu)件分區(qū)構(gòu)造構(gòu)件分區(qū)中間區(qū)A20m2邊緣帶④-1.1+1.0⑤-1.1④-1.4+1.1⑤-1.5斜梁+1.0+1.1中間區(qū)①-1.2①-1.6A10m2 邊緣帶②-1.3②-1.7角部③-1.3③-1.7三、截面計(jì)算內(nèi)力分析〔詳見附圖八十一〕分析時(shí)應(yīng)按在兩個(gè)主軸平面內(nèi)受彎的構(gòu)件〔雙向彎曲梁〕進(jìn)展計(jì)算，馬上均布荷載p分解為兩個(gè)荷載重量p 和px y

分別計(jì)算?！惨弧硏和yp psinax 0p pcosay 0p——檁條豎向荷載設(shè)計(jì)值； ——p與主軸y的夾角：對(duì)槽形和工字截面a a，為主軸x與平行于屋面0 0x1的夾角。檁條的撐桿、拉條、斜拉條的設(shè)置原則檁條承受的線荷載可分解成垂直坡向荷載的重量qy

qx

為使兩個(gè)坡度方向的重量，在屋脊處平衡，應(yīng)將兩根脊檁連成整體，為了防止脊檁向屋脊方向彎扭失穩(wěn)應(yīng)設(shè)撐桿。為了削減檁條在使用和安裝階段的側(cè)向彎扭