波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用

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1、波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用郭彦林，王小安，张庆林，姜子钦（清华大学土木工程系，北京，100084）[摘要]波浪腹板工形截面构件由翼缘与波浪腹板组成，与平腹板工形截面构件相比具有较高的承载效率。由波浪腹板工形截面构件所组成的门式刚架，在国外工业建筑轻型房屋钢结构工程中有较广泛的应用，其经济效益也明显优于传统的门式刚架结构。本文总结了笔者对波浪腹板工形截面构件在轴力、弯矩以及压弯组合作用下的受力性能与设计方法的研究成果，并与同类型平腹板的工形截面构件的性能与设计方法进行了比较。介绍了波浪腹板门式

2、刚架的节点构造，并给出了波浪腹板工形构件的制作等方面的要求。比较了波浪腹板构件与平腹板构件的承载效率，并结合一典型的门式刚架工业厂房，比较了波浪腹板门式刚架体系与平腹板门式刚架体系在经济性等方面的差异。[关键词]波浪腹板；门式刚架；力学性能；设计；制作Designtheoryandapplicationofsteelstructuresoflight-weightbuildingswithsinusoidalwebgabledframesGuoYanlin,WangXiao’an,ZhangQinglin,J

3、iangZiqin(DepartmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,China)Abstract:SinusoidalwebH-shapedmembersarecomposedofflangesandsinusoidalwebs,andarewidelyusedinsteelstructuresoflight-weightindustrialbuildingsoverseas,whichpossesshigherload-carry

4、ingefficiencyandbettereconomicbenefitcomparedtotraditionalflatwebmembers.MechanicalbehaviorsofsinusoidalwebH-shapedmembersundervariousloadcasesincludingaxialforce,purebending,andcombinedcompressionandbendingwereintroduced,anddesignmethodswereproposed.Bothjo

5、intdetailsandfabricationrequirementsofthesinusoidalwebgabledframeswerepresented.Carryingefficienciesofsinusoidalwebmembersandplatewebmemberswerecompared.Basedononetypicalindustrialbuilding,economicperformancesofbuildingswithsinusoidalwebgabledframesandwitht

6、raditionalflatwebframeswerecompared.Keyword:sinusoidalweb;gabledframes;mechanicalbehavior;design;fabrication作者简介：郭彦林，教授，博士生导师，Email:gyl@tsinghua.edu.cn。0引言波浪腹板工形构件（图1）是一种新型高效型材，近年来在德国、奥地利、美国、澳大利亚等国家的门式刚架轻型房屋钢结构中有广泛应用。目前国内也有越来越多的工业建筑开始采用波浪腹板工形构件。波浪腹板工形构件的典型工

7、程应用如图2所示。近几年笔者针对波浪腹板工形构件的受力性能进行了大量的理论分析与试验研究，并形成了一整套与我国规范条文相一致的设计方法。本文总结图1 波浪腹板工形构件[1-7]了在这一方面的研究成果，并与普通平腹板工形构件的相关力学性能与设计方法进行了对比。给出了这种高效型材的常用节点构造，并给出了其在制作加工等方面的要求。结合一典型门式刚架工业厂房的设计实例，对波浪腹板门式刚架与平腹板门式刚架这两种结构体系的经济性进行了比较，验证了图2 波浪腹板构件的典型工程应用波浪腹板结构体系承载效率高、经济效益好等优点

8、。1波浪腹板的力学性能无论在面内轴力还是在剪力作用下，一般平腹板均极易发生屈曲；在剪力作用下，平腹板在屈曲后可依靠边缘构件提供的锚固作用，形成拉力带继续提供屈曲后强度。波浪腹板的受力机理与平薄腹板有较大差别。波浪腹板在宏观上可看成一块正交各向异性板，常用的波浪腹板在两个方向的轴压刚度和柱面刚度均差别较大。沿腹板波折方向，其压缩模量接近零，几乎不能承受轴力；而另一个方向的轴线刚度得到较大提图3波浪腹板