蒙皮效应原理及研究概况

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1、主翌篁：鑫墨墨——髻垂重萋五丝堡墨：墨差蓥丝型!!Q；翟!l旦蒙皮效应原理及研究概况袁须(望城县建设工程质量监督站，湖南长沙410200)摘要：轻钢结构中，压型钢板在其自身平面内具有很大的抗剪能力。其参与结构整体受力，对主体结构有加强作用，大大提高了结构的空间整体性，这被称为压型钢板的蒙皮效应。本文主要介绍了蒙皮效应的原理、蒙皮效应产生的条件及国内研究概况。关键词：蒙皮效应；轻钢结构；原理中图分类号：TU391文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010)Ol一0073—031引言目前在我国，压型钢板还仅仅被视为维护结构，而不考虑其参与结构的整体

2、作用，这是一种极大的浪费且不符合结构实际受力情况。随着轻钢结构的普及以及市场竞争的日趋激烈，蒙皮效应受到了越来越多的关注。2蒙皮效应的原理压型钢板凭借重量轻、强度高、施工方便等诸多优点，被广泛用作各类门式刚架围护结构的墙板和屋面板。传统设计中，只考虑了主体刚架及各类支撑的作用，没有注意到围护结构在平面内的承载能力。实际上，薄钢屋面、墙面等围护结构对房屋结构的整体工作性能的贡献是客观存在的。它们不仅能承受法向作用于其表面的荷载，而且还具有可观的传递面内剪力的能力。这一围护结构平面内的抗剪能力，被称为“蒙皮效应”。简而言之，蒙皮效应是指围护结构(如屋面和墙面

3、)对主体结构的整体加强作用。这种效应大大加强了结构的空问整体性，如果建筑物围护选用的是脆性材料(如砖墙、混凝土挂板、石棉瓦等)，在往复变向水平荷载的作用下，产生的主轴拉应力，迅速使围护材料出现裂缝。因此，围护材料的抗剪刚度下降或消失，所以，此类建筑物不具有蒙皮效应，或这种效应具有明显的脆性特征。如果建筑物围护选用的是延性较好的材料(如彩钢压型钢板、铝合金压型钢板等)，在水平力作用下，金属压型钢板是可以承担主轴拉应力的，在横肋的帮助下(如檩条、次梁)，金属压型钢板可以承担更大的主轴压应力而不出现屈曲失稳。金属压型钢板相当于蒙在结构体系上的簿膜，檩条、次梁相

4、当于蒙皮的横肋，两者共同作用，提高了结构体系承担水平荷载的能力，增加了结构的整体稳定性。在门式刚架中，屋面压型钢板蒙皮效应的工作原理是：围护板与檩条以及板与板之间通过不同的紧固件连接起来，形成了以檩条作为其肋的一系列隔板，这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘，可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用。在斜屋面的门式刚架结构中，屋面板的蒙皮效应帮助承受作用于屋面上的垂直荷载。当结构受到垂直荷载作用，屋脊有向下运动、屋檐有向外运动的趋势，但由于屋面板具

5、有抵抗平面内变形的能力，因此减小了这种运动趋势。在平屋面的门式刚架结构中，屋面板也可与框架结构共同作用承受作用于结构的侧向荷载，减小结构的侧向位移。目前在我国轻钢结构的设计中几乎不考虑围护体系的蒙皮效应，因为无章可循，设计者只能设计全部荷载由框架结构承担。此种设计一方面会造成结构建造的总成本增加，结构自重增加，在需考虑抗震时也不利于结构抗震，同时更为严重的是由于围护体系蒙皮效应的实际存在，在较大侧向荷载作用于结构时，其会同框架共同参与受力，而设计中将其忽略会导致结构在某些情况下出现设计时未曾预料到的结构破坏。如在沿海地区常会出现在大风作用下轻钢建筑屋面板

6、整体被掀开破坏，破坏原因可能由于屋面板所采用的连接方式，如暗扣咬合式的屋面板就容易在风吸力作用下脱离支托而导致破坏，而另一个可能原因就是由于轻钢结构的设计中忽略了屋面板的蒙皮效应，而屋面板的蒙皮效应是实际存在的，当结构受到侧向荷载作用时，屋面板与框架体系共同承担荷载，由于设计中没有考虑应力蒙皮效应而进行连接件的选用及布置，一旦结构承受侧向荷载足够大时，则屋面板与檩条连接处或板板连接处的连接件就会因所承受荷载超过其承载能力，而出现板撕裂、连接件拔出等破坏，最终导致屋面板整体破坏。综上所述，有效应用轻钢建筑中围护体系的蒙皮效应不仅可在经济上带来效益，同时使得

7、结构设计更为合理，更符合结构实际受力状态，更能保证结构使用安全，因此在我国对于围护体系蒙皮效应问题的研究迫在眉睫。3蒙皮效应产生的条件研究结果表明，要使蒙皮能够真正地发挥作用，构造上必须满足以下条件。(1)必须设置足够的结构构件和连接件，以保证应力蒙皮作用能够传递到框架结构上，最后传递给基础，明确并保证传力途经；(2)相邻面板之间的接缝应采用焊接、铆接或自攻螺栓等紧固件固定，要求使用期间紧固件不得松动、拔出，在板材撕裂前不得出现剪切破坏。这也是影响蒙皮作用的重要因素；(3)每块面板的两端均应直接固定在支撑构件上，其固定方法可以采用焊接或者通过自攻螺栓、射

8、钉、螺栓等紧固件，要求使用期间紧固件不得松动、拔出，在板材撕裂前不得出现剪切破坏