门式刚架结构蒙皮效应的研究

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1、门式刚架结构蒙皮效应的研究摘要：本文在国内外对钢结构围护结构蒙皮效应的研究的基础上，对起蒙皮作用的抗剪单元建立了力学计算模型，并将抗剪单元融入到整体平面单棉门式刚架中进行受力性能分析。通过对各结构最大侧移、内力及耗钢量的比较，可以看到将抗剪单元用于门式刚架结构之后，门式刚架的抗侧移性能满足我们対轻钢结构的要求，同时刚架的内力得到了大大的改善，在耗钢量方面也冇很大的优势。关键词：抗剪单元门式刚架结构蒙皮效应侧移Abstract:Thisstudybasedontheskineffectofsteelstructureathomeandabroad,shearunit

2、establishesamodelofthemechanicscalculationofskineffect,andtheshearmodelisappliedtothesinglesteelportaiframeforstressanalysis.Throughthecomparisonofthemaximumlateralforcestructure,andsteelconsumption,canseetheshearunitforportalframestructure,portalframelateraldisplacementresistantperfo

3、rmanceoflight-gaugesteelstructuremeetourrequirements,andinternalforceofframehasbeengreatlyimproved,insteelconsumption.Haveabigadvantage・Keywords:shearunitofportalframestructurewitheffectofskindiaphragmssideshift中图分类号：TU33+7文献标识码：A1引言传统钢结构房屋利用自身刚度或设置支撑来抵抗侧向荷载，应力蒙皮结构则应用飞机和船舶的结构设计概念，利用其外

4、壳（相当于剪力墙）平面内的刚度和强度，抵抗侧向荷载，减小层间位移，充分降低结构自重，减少用钢量，提高经济性［1］。蒙皮效应受力分为两种情况：一、压型钢板屋面承受垂直荷载使门架檐口节点外扩移动带动屋面板面内受剪；二、门架完全靠压型钢板屋面的面内抗剪使水平力传递到山墙门架。这种调动压型钢板平面内受剪能力的钢门架设计方法，称为应力蒙皮结构设计。目前国内外对蒙皮效应的研究还主要集中在围护结构上，将该理论应用在多层钢结构中主要用于提高其抗侧移性能方面的研究还不多，本文所研究的内容则是在这一方面作一定的研究和探讨。2抗剪单元模型的基本假设本文首先对起蒙皮作用的抗剪单元进行了研

5、究。对该抗剪单元模型的基本假设［2］如下：假设格构是主要承力构件，格构的交叉点是较接的结点。组成格构的杆只承受轴向力，镶在格构上的板（受剪板）四边只受剪切。板的厚度相对长、宽等尺寸很小。因此可近似认为板剖面上的剪应力t沿厚度不变。这样，板单位长度上的剪力为Txtxi,并用表示，称为“剪流”。板剖面上的剪流的方向总是沿着剖面中线的切线方向。板每一条边上的剪流沿长度不变（即剪流为常量）。采用了上述简化假设的抗剪单元计算模型，只包含两类结构组件，即承受轴力的杆和承受剪流的板，杆和板之间只有剪流作用。3抗剪单元受力性能分析3.1抗剪单元受力模型布置抗剪单元由格构和蒙皮组成

6、，外框尺寸宽6m,高4m。格构采用方钢管，蒙皮为钢板，均采用Q235钢材，方钢管采用15种截面，规格分别为（100^190）X（100~190）X6（共9种）、200X200X8、220X220X8、250X250X8.300X300X10、350X350X10、400X400X10。蒙皮钢板采用2、4、6、8、10、12、共6种板厚。格构在抗剪单元的高度和宽度两个方向以等分的形式布置。等分数的变化范I韦I均取1到10o图1为抗剪单元在高度方向3等份，宽度方向4等份的布置示意图。荷载形式为左上如点的单点向右集中荷载。图1蒙皮板（抗剪单元）布置示意简图3.2抗剪单元

7、的受力性能分析影响抗剪单元受力性能有四个因素：高度方向等分数、宽度方向等分数、格构规格和抗剪钢板规格。对这些因索进行排列组合，并通过Ansys编程计算每种组合下抗剪单元最大侧移、等效抗侧移刚度、抗剪单元最人节点等效应力、抗剪单元最大剪流和杆件最大压应力，得出如下结果［注:由于4种因素排列组合后的计算结果数据量相当大，此处只给出了部分结果数据和图表。］：从计算结果得出，一、当板厚取2mm、4mm和6mm,格构规格取100X100X6、110X110X6、120X120X6.130X130X6、140X140X6、150X150X6、160X160X6、180X180

8、X6和19