拱形屋顶知识

拱形波纹钢屋盖上部屋盖结构设计

作者:江苏拱形屋顶厂家 | 所属分类:拱形屋顶知识 | 发布时间:2019-03-19 | 浏览:549 | 评论:0

采用拱形波纹钢屋盖的承重结构一般由两部分组成:集围护与受力功能于一体的拱形屋盖结构和由梁柱组成的下部支承结构。从形式上看,屋盖为连续的简壳,下部支承结构为线形构件,将上、下合在一起进行整体分析,最能够反映结构的真实状况,但计算量较大,且不方便建模。

《规程》在足尺模型试验研究的基础上通过大量的理论分析,提出了一套简化设计方法。该方法将上部结构和下部结构分开计算,不仅简化了设计过程,而且易于理解和掌握。

拱形波纹钢屋盖上部屋盖结构设计拱形屋面 (30).jpg

上部屋盖结构设计

拱形波纹钢屋盖结构一般在两拱脚处通过布置在柱顶边梁上的连接角钢与下部支承结构相连,这种连接构造只能约束拱脚的平动位移,转动约束刚度很小,所以可简化成固定铰支座。若考虑柱顶水平位移的影响,可进一步将下部结构对屋盖的支承作用简化成具有一定水平支座位移的固定铰支支座。研究表明,由于屋盖刚度较小,在《规程》允许的范围内,柱顶水平位移,(即屋盖支座水平位移)对屋盖承载力的影响不大(在5%以内),所以《规程》限制了屋盖支座处的水平相对位移,而在屋盖结构分析中不再考虑支座位移的影响。这样屋盖结构便成了两边固定铰支的筒壳结构。

通过采用三维模型分析了屋盖纵向长度、屋盖两端山墙的支承作用以及山墙处风荷载的纵向作用对结构跨度方向承载力的影响。发现只要结构的纵向长度与跨度的比值满足一定要求,屋盖的纵向作用对面内承载力的影响可忽略不计。为方便设计,《规程》规定当跨度不大于24m时,屋盖的纵跨比不宜小于0.5;当跨度大于24m时,纵跨比不宜小于0.8。当屋盖结构满足此要求时(这个要求在实际工程中很容易达到),便可忽略结构的纵向作用和屋盖山墙支承作用的影响,将屋盖简化成拱形结构进行计算。

拱形波纹屋盖结构是一种薄壁结构,组成板件的局部稳定性问题必须予以重视。由于成型的需要,拱形波纹钢屋盖结构上压有许多横向小波纹,小波纹对整个结构的力学性能有很大影响:

一方面可提高钢板的局部稳定承载力、增强结构的纵向抗弯刚度,另一方面则削弱了结构跨度方向的刚度、降低了结构跨度方向的稳定承载力。因此,计算时还必须考虑小波纹对结构刚度的影响。另外,拱形波纹钢屋盖结构的整体刚度较小,在荷载作用下具有典型的几何软化特征,因此结构的二阶效应也是设计时不可忽略的。

《规程》对于板件上横向小波纹的影响采用了等效正交异性化方法,具体是在建立拱计算模型时运用了一个技巧,即按照等刚度原则改变等

效后平板的厚度,而不改变等效后平板的弹性常数。这样可将拱板截面等效成板厚变化的不带波纹截面,这种做法使得平截面变形假设仍然成立,而且物理意义明确。另外,计算表明采用这种方法等效后的结构截面刚度降低很多,甚至比采用有效宽度法考虑不带波纹的平板局部失稳问题对结构刚度的削弱更大。而理论及试验均已表明,波纹板的局部稳定承载力远较平板的局部稳定承载力大,因此《规程》的做法很巧妙地处理了这种结构的局部稳定问题。