冷弯薄壁型钢檩条优化设计及用钢量分析

【作者简介】黎永（1972～），男，湖南长沙人，工程师，从事结构设 计工作，（电子信箱）543800337@qq.com。 z形冷弯薄壁型钢檩条设计中的方向性 orientationofz-sectioncold-formedthin-wallsteelpurlin 黎永 （博思格建筑钢结构（广州）有限公司，广州510530） liyong (bluescopebuildings(guangzhou)ltd.，guangzhou510530，china) 【摘要】介绍了国外檩条设计中的檩条朝向的设计经验和计算方法，针对檩条反向设置结合国内的计算方法进行了 试算，提出了设计中应注意的问题。 【abstract】theorientationandorientingmethodofsteelpurlininnorthamericaareintroduce

薄壁型钢结构是近几十年发展起来的轻型钢结构。由于薄壁型钢截面特征较好，能较合理地利用材料的强度，因而具有较好的技术经济指标，受到业主的普遍欢迎。

介绍了国外檩条设计中的檩条朝向的设计经验和计算方法,针对檩条反向设置结合国内的计算方法进行了试算,提出了设计中应注意的问题。

通过比较《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》有关檩条设计方法的异同和应注意的问题,提出了一些建议供设计参考。

冷弯薄壁型钢

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提高冷弯薄壁钢檩条的施工质量,首先须使用合格的原材料。通过采取实用的工艺方法,来消除檩条制作的质量通病,檩条成孔位置、除锈防腐、变形校正是关键。檩条出厂运输装卸和堆存保管,采取简易包装箱形式的措施,达到成品保护。采取提高墙架柱、屋面梁安装位置的精度,达到提高檩托板与檩条连接孔的准确性,安装火割扩孔成因及后果分析,揭示其危害性。设计应考虑檩条安装简便、质量可靠和适合国情的连接方式,做好檩条安装上道工序质量,来消除安装质量通病。完善上述方面的措施,即可最大限度减少施工质量通病,达到理想的檩条施工效果。

讨论国家规范gb50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》"和欧盟规范ec3-1-3对冷弯薄壁型钢檩条承载能力的两种计算模式的差异:拉条和屋面板对檩条抗扭约束刚度及其整体稳定的重要影响,进行檩条畸变屈曲和翘曲应力的计算,评估工程实践中可滑动的卷边咬合式屋面板对檩条的抗扭约束刚度以及拉条的构造等对檩条的工况作用问题。对工程实践具有重要参考价值。

对550mpa高强冷弯薄壁型钢帽形截面搭接式连续檩条试验试件进行了ansys有限元模拟,并在此基础上进行了参数分析。分析结果表明:对于试验和分析的搭接构造,在一定的搭接长度范围内,增加搭接长度能提高构件的极限承载力,而超过这个范围增加搭接长度反而使构件极限承载力降低。因此,靠增加搭接长度来提高搭接式两跨连续檩条极限承载力的做法是不经济的,在搭接长度较长时,应在搭接段沿试件长度方向增加自攻螺钉,且搭接长度不宜超过0.35l。在试验试件搭接段打自攻螺钉的截面上,腹板或翼缘增加一个自攻螺钉对试件极限承载力和破坏模态的影响不大。

介绍了轻钢结构工程中连续檩条设计时采用连续梁的计算模型,对其进行内力分析,针对不同柱距的屋面斜卷边z型冷弯薄壁檩条采用连续檩条与简支檩条的用钢量作对比分析,阐述连续檩条的经济性。

第一节风荷载最大处檩条计算 一.设计资料 采用规范： 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程cecs102:2002》 《冷弯薄壁型钢结构技术规范gb50018-2002》 檩条间距为1m； 檩条的跨度为4.38m； 檩条截面采用：c-300*80*25*2.5-q235； 以下为截面的基本参数： a(cm2)=9.73e0(cm)=5.11 ix(cm4)=703.76ix(cm)=8.5 wx(cm3)=63.98 iy(cm4)=68.66iy(cm)=2.66 wy1(cm3)=33.11 wy2(cm3)=12.65it(cm4)=0.2028iw(cm6)=6351.05 没有布置拉条； 屋面的坡度角为36度； 净截面折减系数为0.98； 屋面板不能阻止檩条上翼缘的侧向失稳； 能构造保证檩条下翼缘在风吸力下的稳定

对24根两种截面形式为ts40和ts61的g550高强冷弯薄壁型钢帽型截面两跨连续檩条进行了受弯性能试验研究,并在此基础上利用有限条软件cufsm结合直接强度法对两种截面两跨的试验檩条进行了极限承载力的计算,计算结果与试验结果吻合较好。同时,采用非线性有限单元法对各试件进行模拟分析,并与试验结果进行比较。结果表明:大部分试件的试验极限承载力均略高于直接强度法计算得到的极限承载力,用直接强度法进行高强冷弯薄壁型钢帽型截面两跨连续檩条的设计是可行的,且计算结果偏于安全;有限元分析得到的各试件极限承载力和试验结果吻合较好,有限元分析方法能很好地模拟高强冷弯薄壁型钢帽型连续檩条的受力性能,计算结果具有较高的精确度。

对550mpa高强冷弯薄壁型钢帽型截面搭接式连续檩条受力性能进行了试验研究。27根试件的试验结果表明,搭接式连续檩条的承载力与搭接部分刚度、截面内力、有效截面模量等因素有关,因此,负弯矩作用下的中间支座搭接端部变截面处和正弯矩最大的跨中截面都有可能成为构件承载力的控制截面。在确定高强钢材强度折减系数γ的基础上,根据试验结果确定出各组试件合适的搭接段刚度系数β和承载力计算公式。

通过对采用相贯节点的冷弯薄壁型钢桁架檩条进行施工、试验及安全使用,探讨开发出一种更加简捷、高效的轻钢结构形式

本文应用有限元程序对冷弯薄壁z型钢搭接式连续檩条进行了几何、材料和接触非线性数值模拟分析。对搭接式两跨连续檩条搭接段螺栓、自攻螺栓的接触非线性问题,提出了通过绑定螺栓位置的关键点来耦合线位移的分析方法。利用直接强度法进行计算,对比模拟分析所得到的有限元计算结果与直接强度法计算结果差别不大,进一步证实了用直接强度法进行冷弯薄壁z型钢连续檩条计算是合理的。

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