轻钢结构中蒙皮效应的应用研究

《轻钢结构中蒙皮效应的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第七届全国现代结构工程学术研讨会轻钢结构中蒙皮效应的应用研究高标王恒华(东南大学土木工程学院，南京210096)摘要：本文利用ANsyslO0对结构进行不考虑和考虑蒙皮效应的有限元分析，通过对比揭示了蒙皮作用对结构的贡献，研究了开洞部位和开洞大小的影响，并提出设计建议。关键词：蒙皮效应．压型钢扳．有限元分析，开洞蒙皮一、引言蒙皮结构是在纵横肋上蒙上金属薄板而形成的带肋薄壳结构。蒙皮在其自身平面内具有一定的抗拉强度和剪切强度，且由于有肋的作用，蒙皮不会失稳，蒙皮能够与肋共同工作。在连接可靠的前提下，蒙皮可以同时作为承重结构的一部分，从而提高结构的强度和刚度。常见的

2、蒙皮结构体系形式有：单层工业厂房，如我国于1974年在鞍钢1700m2轧机工程中首次采用压型钢板作为厂房围护结构；钢板简仓结构．见图l：西高层金属蒙皮结构，如1983年匹斯堡采用蒙皮筒体建成的54层、高222m、面积15．8万m2的文米隆银行大厦；大跨金属蒙皮结构，如东南大学和南京市建筑设计研究院设计的南京市图书新馆钢屋盖桁架，跨度为64m，桁架上、下弦轴线高度仅1．1Ⅲ，见图2；异型空间金属蒙皮结构，如世界海上观音像之最——三亚南山海上观音像。图1钢板筒仓二、蒙皮效应的有限元分析图2南京图书馆新馆(一)计算模型轻钢结构房屋被大量应用于各种车间、展览馆和I临时性

3、建筑。虽然这些建筑的屋盖和墙面一般部采用压型钢板，但设计上都没有考虑屋面和墙面压型钢板对房屋刚度所作的贡献(即蒙皮效应)。为了便于分析，笔者设计了一个单层工业厂房，通过改变蒙皮开洞部位和开洞大小，分析蒙皮效应对该类单层工业厂房的影响。工业建筑2007增刊蔓主旦全里堡垡堕塑三垦兰查塑堕宝该结构的屋面坡度l：10，安全等级为二级。跨度为6．0m，柱间距也为6．0m，柱顶标高为4．500m。厂房门式刚架梁、柱均采用焊接工字型截而，柱底刚接。梁、柱均采用焊接壬字钢(BH300x200x8x12，BH300x250x10x12)，檩条采用冷弯薄擘c型钢(c140x60x2

4、0x3)，压型钢板采用V125型(Yx35—125—750)。材料均为国内常用的Q235钢(Eo=2．06X10。N／I哪‘，∥=0．3)。(二)有关参数的选取门架构件采用ANsYSl0．0的线性梁单元BEAMl88，檩条采用线性单元BEAM44，支撑采用LINK8，等效压型钢板采用sHELLl81单元。(1)k、％、‰、∥，的计算图3(a)所示压型钢板。可等效为图3(b)所示平直钢板O对等效平板对压型钢板(a)：-_‘图3．(b)压型钢板尺寸‰争2等磊=z，as枷5Ⅳ／耐，。：堡：型三2．25M1。2西2可纠z3⋯t：娑：62砌m5∑^歹咒=2÷—一=1675

5、。∑4‘

6、=l(3)L=∑(L+a24)。=(堡鼍等州哆Hs×oe]×2+(警薯鼍m[予警+”脚2汹×o。]=14177．26川m4工业建筑2007增刊第七属全国现代结构工程学术研讨会k=f号‰=2．1x酉焉惫׉=。．。00333‰=esJ60卅mm2(s)由‰=％=O．3，有Ⅳ。，：堡垒：业墼‰：7．5×10—s‰2首21面矿‰27’5则旷(2)等效剪切模量的(0计算ql△#L==当(a)(b)图4压型钢板剪切变形及几何尺寸％2手’嵩(6)(7)钢材的剪切模量取为G；=7．9×104Ⅳ／m，，12，压型钢板单波展开长度6’=155m，由等效惯性矩原则⋯，求解

7、图4中的参数b：，带入(7)式可得：％=o．042Go=3．32×103Ⅳ／卅卅2(8)(三)有限元计算及结果比较(1)加载方式及大小国外研究结果表明，在坡屋面结构中，受力蒙皮作用对结构承受水平荷载相当有益，但对结构承受的竖向荷载却依赖于屋盖的倾斜坡度，当屋面倾角在6。～10。时，蒙皮作用对结构承受竖向荷载的贡献太小，没有实际意义，但当屋面倾角超过lO。后，蒙皮效应逐渐变得显著起来”。。结构房屋屋面坡度～般在10“左右，因此蒙皮作用对房屋结构承受竖向荷载的贡献不是十分明显，故本文的模拟主要分析柱顶水平荷载作用下的蒙皮效应。为便于进行对比分析，将门架实际承受的沿高

8、度分布的风荷载简化为水平集中力施加在门架柱顶。。本模型主要是考虑纵墙风荷载对结构的影响，根据《建筑结构荷载规范》”1和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》“1假定结构所处地区地面粗糙类别为A类地区，风压高度变化系数∥。=1．17，风载体形系数以=o．7，风振系数屈=1．o，按门式刚架规范中50年一遇的风压，取Wo=1．05￡Ⅳ／Ⅲ2，则作用在纵1工业建筑200，增刊557Q-m¨●●●●1第七届全国现代结构工程学术研讨会墙上的风荷载标准值wk=母zp。雒：wo=o皂6kN}m2将纵墙风荷载标准值简化为柱顶集中荷载，则中间门架柱柱顶倚载P十=0．86×4．5×6=2

9、3．22kN，为了便于比