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冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002条文说明.pdf

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薄壁 型钢 结构 技术规范 GB500182002 条文 说明
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@ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 UDC 中华人民共和国国家标准 P GB 50018━2002 冷湾薄壁型钢结构技术规范 Technical code of cold-formed thin-wall steel structures 2002-09-27发布 2003-01-01实施 第 1 页 002-SM @联合发布 中 华 人 民 共 和 国 建 设 部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2中华人民共和国国家标准 冷湾薄壁型钢结构技术规范 Technical code of cold-formed thin-wall steel structures GB 50018━2002 条 文 说 明 主编部门:湖北省发展计划委员会 批准部门:中华人民共和国建设部 施行日期: 2 0 0 3 年 1月 1 日 第 2 页 002-SM @ 2002 北 京 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2目 次 1 总 则 .......................................................5 3 材 料 .......................................................5 4 基本设计规定 ...................................................5 4.1 设 计 原 则 ................................................. 5 4.2 设 计 指 标................................................. 7 4.3 构造的一般规定 ............................................. 8 5 构件的计算 .....................................................8 5.1 轴心受拉构件 ............................................... 8 5.2 轴心受压构件 ............................................... 9 5.3 受 弯 构 件................................................ 11 5.4 拉 弯 构 件................................................ 11 5.5 压 弯 构 件................................................ 12 5.6 构件中的受压板件 .......................................... 13 6 连接的计算与构造 ..............................................21 6.1 连接的计算 ................................................ 21 6.2 连接的构造 ................................................ 23 7 压 型 钢 板 ...................................................24 7.1 压型钢板的计算 ............................................ 24 第 3 页 002-SM @ 7.2 压型钢板的构造 ............................................ 25 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 8 檩条与墙梁 ....................................................25 8.1 檩条的计算 ................................................ 25 8.2 檩条的构造 ................................................ 27 8.3 墙梁的计算 ................................................ 28 9 屋 架 ......................................................28 9.1 屋架的计算 ................................................ 28 9.2 屋架的构造 ................................................ 29 10 刚 架 .....................................................29 10.1 刚架的计算 ............................................... 29 10.2 刚架的构造 ............................................... 30 11 制作、安装和防腐蚀 ...........................................31 11.1 制作和安装 ............................................... 31 11.2 防 腐 蚀 ................................................. 32 第 4 页 002-SM @ @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 1 总 则 1.0.2 本条明确指出本规范仅适用于工业与民用房屋和一般构筑物的经冷弯(或冷压) 成型的冷弯薄壁型钢结构的设计与施工,而热轧型钢的钢结构设计应符合现行国家标准 《钢结构设计规范》GB 50017 的规定。 1.0.3 本条对原规范“不适用于受有强烈侵蚀作用的冷弯薄壁型钢结构”有所放宽,虽 然本次修订仍保持原规范钢材壁厚不宜大于6mm 的规定,锈蚀后果比较严重,但随着钢 材材质及防腐涂料的改进, 冷弯型钢的应用范围日益扩大, 目前我国已能生产壁厚12.5mm 或更厚的冷弯型钢,与普通热轧型钢已无多大区别,故适当放宽。但受强烈侵蚀介质作 用的薄壁型钢结构,必须综合考虑其防腐蚀的特殊要求。现行国家标准《工业建筑防腐 蚀设计规范》GB 50046 中将气态介质、腐蚀性水、酸碱盐溶液、固态介质和污染土对建 筑物长期作用下的腐蚀性分为四个等级,在有强烈侵蚀作用的环境中一般不采用冷弯薄 壁型钢结构。 3 材 料 3.0.1 本规范仍仅推荐现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700 中规定的Q235 钢和《低 合金高强度结构钢》GB/T 1951 中规定的Q345 钢,原因是这两种牌号的钢材具有多年生 产与使用的经验,材质稳定,性能可靠,经济指标较好,而其他牌号的钢材或因产量有 限、性能尚不稳定,或因技术经济效果不佳、使用经验不多,而未获推荐应用。但本条 中加列了“当有可靠根据时,可采用其他牌号的钢材”的规定,此外,在现行国家标准 《碳素结构钢》中提出:“A 级钢的含碳量可以不作交货条件”,由于焊接结构对钢材含 碳量要求严格,所以Q235A 级钢不宜在焊接结构中使用。 3.0.6 本条提出在设计和材料订货中应具体考虑的一些注意事项。 4 基本设计规定 4.1 设 计 原 则 第 5 页 002-SM @ 4.1.3 新修订的国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068 对结构重要性系 数 做了两点改变:其一, 不仅仍考虑结构的安全等级,还考虑了结构的设计使用年 限;其二,将原标准 取值中的“等于”均改为“不应小于”,给予不同投资者对结构 安全度设计要求选择的余地。对于一般工业与民用建筑冷弯薄壁型钢结构,经统计分析 0 γ 0 γ 0 γ @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 其安全等级多为二级,其设计使用年限为50 年,故其重要性系数不应小于1;对于设计 使用年限为25 年的易于替换的构件(如作为围护结构的压型钢板等),其重要性系数适 当降低,取为不小于0.95;对于特殊建筑物,其安全等级及设计使用年限应根据具体情 况另行确定。 4.1.5 本条系参照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 规定对于正常使用极 限状态,应根据不同的设计要求,采用荷载的标准组合、频遇值组合或准永久组合。对 于冷弯薄壁型钢结构来说,只考虑荷载效应的标准组合,采用荷载标准值和容许变形进 行计算。 4.1.9 构件的变形和各种稳定系数,按理也应分别按净截面、有效截面或有效净截面计 算,但计算比较繁琐,为了简化计算而作此规定,采用毛截面计算其精度在允许范围内。 4.1.10 现场实测表明,具有可靠连接的压型钢板围护体系的建筑物,其承载能力和刚 度均大于按裸骨架算得的值。这种因围护墙体在自身平面内的抗剪能力而加强了的结构 整体工作性能的效应称为受力蒙皮作用。考虑受力蒙皮作用不仅能节省材料和工程造价, 还能反映结构的真实工作性能,提高结构的可靠性。 连接件的类型是发挥受力蒙皮作用的关键。用自攻螺钉、抽芯铆钉(拉铆钉)和射 钉等紧固件可靠连接的压型钢板和檩条、墙梁等支承构件组成的蒙皮组合体具有可观的 抗剪能力,可发挥受力蒙皮作用。采用挂钩螺栓等可滑移的连接件组成的组合体不具有 抗剪能力,不能发挥受力蒙皮作用。 受力蒙皮作用的大小与压型钢板的类型、屋面和墙面是否开洞、支承檩条或墙梁的 布置形式以及连接件的种类和布置形式等因素有关,为了对结构进行整体分析,应由试 验方法对上述各部件组成的蒙皮组合体(包括开洞的因素在内)开展试验研究,确定相 应的强度和刚度等参数。 图 1a 表示有蒙皮围护的平梁门式刚架体系在水平风荷载作用下的变形情况,整个屋 面像平放的深梁一样工作,檐口檩条类似上、下弦杆,除受弯外,还承受轴向压、拉作 用。 第 6 页 002-SM @ 为把风荷载传给基础,山墙处可设置墙梁蒙皮体系,也可设交叉支撑体系。图lb 表 示有蒙皮围护的山形门式刚架体系,在竖向屋面荷载作用下的变形情况。两侧屋面类似 于斜放的深梁受弯,屋脊檩条受压,檐口檩条受拉。为保证受力蒙皮作用,山墙柱顶水 平处应设置拉杆。当承受水平风荷作用时,也有类似于图 1a 的受力情况。因此脊檩、檐 口檩条和山墙部位是关键部位,设计中应予重视。 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2由于考虑受力蒙皮作用,压型钢板及其连接等就成了整体受力结构体系的重要组成 部分,不能随便拆卸。 4.2 设 计 指 标 4.2.1、4.2.4、4.2.5 本规范对钢材的强度设计值、焊缝强度设计值仍按原规范取值, 但 4.2.5 条中普通粗制螺栓,改为 C 级普通螺栓并对构件钢材为 Q345 钢中螺栓的承压强 度设计值 之值有所降低。 b c f 4.2.2 (含附录 C)冷弯薄壁型钢系由钢板或钢带经冷加工成型的。由于冷作硬化的影 响,冷弯型钢的屈服强度将较母材有较大的提高,提高的幅度与材质、截面形状、尺寸 及成型工艺等项因素有关,原规范利用塑性理论导得了此冷弯效应的理论公式,并经试 验证实作了简化处理以方便使用。由于 80 年代方、矩形钢管的成型方式均为先将钢板经 冷弯高频焊成圆管,然后再冲成方、矩形钢管(即圆变方)形成两次冷加工,故其与屈 服强度提高因素有关的成型方式系数 η 取1.7,对于圆管和其他开口型钢 η 取1.0.近年 来冷弯成型方式不断改进,由圆变方的已不是唯一的成型方式,可以由钢板一次成型成 方、矩管,即少了一道冷加工工序,故本规范规定其他方式成型的方矩管 η =1.0。 第 7 页 002-SM @ 4.2.3 经退火、 焊接和热镀锌等热处理的冷弯薄壁型钢构件其冷弯硬化的影响已不复存 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 在,故作此规定。 4.3 构造的一般规定 4.3.1 本条仍保持了原规范对壁厚不宜大于 6mm 的限制。 由于冷弯型钢结构与普通钢结 构的主要区别在于结构材料成型方式的不同以及由此导致截面特性、材性及计算理论等 方面的差异,按理不宜对冷弯型钢的壁厚加以限制,且随着冷弯型钢生产状况的改善及 设备生产能力的日益发展,我国已能生产壁厚 12.5mm(部分生产厂的可达 22mm、国外为 25.4mm)的冷弯型钢,但由于实验数据不足及使用经验不多,所以仍保留壁厚的限制, 但如有可靠依据,冷弯型钢结构的壁厚可放宽至12.5mm。 5 构件的计算 5.1 轴心受拉构件 5.1.1 轴心受拉构件中的高强度螺栓摩擦型连接处, 应按公式 5.1.1-2 和5.1.1-3 计算 其强度。这是因为高强度螺栓摩擦型连接系藉板间摩擦传力,而在每个螺栓孔中心截面 处,该高强度螺栓所传递的力的一部分已在孔前传走,原规范考虑孔前板间的接触面可 能存在缺陷,孔前传力系数可能不足一半,为安全起见,取孔前传力系数为0.4,但根据 试验,孔前传力系数大多数情况为0.6,少数情况为0.5,同时,为了与现行国家标准《钢 结构设计规范》GB 50017 协调一致,故在公式5.1.1-2 中取孔前传力系数为0.5。此外 由于(1-0.5 n n 1 ) < ,因此,除应按公式5.1.1(计算螺栓孔处构件的净截面强度 外,尚需按公式5.1.1-3 计算构件的毛截面强度。 N N 5.1.2 当轴心拉力不通过截面弯心(或不通过 形截面的扇性零点)时,受拉构件将处 于拉、扭组合的复杂受力状态,其强度应按下式计算: Zω σ W B A N n ± = ≤ (1) f 式中 ——轴心拉力; N n A ——净截面面积; B——双力矩; ω W ——毛截面的扇性模量。 第 8 页 002-SM @ @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2有时,公式(1)中第2 项翘曲应力 可能占总应力的30%以上,在这种 情况下,不计双力矩 的影响是不安全的。 ) / ( ω ω σ W B = B但是,双力矩 及截面弯扭特性(除有现成图表可查者外)的计算比较繁冗,为了 简化设计计算,对于闭口截面、双轴对称开口截面等的轴心受拉构件,则可不计双力矩 的影响,直接按第5.1.1 条的规定计算其强度。 B由于轴心受压构件、拉弯及压弯构件均有类似情况,故亦一并列入本条。 5.2 轴心受压构件 5.2.1 当轴心受压构件截面有所削弱(如开孔或缺口等)时,应按公式 5.2.1 计算其强 度,式中 、为有效净截面面积,应按下列规定确定: en A 1 有效截面面积 ,按本规范第5.6.7 条中的规定算得; e A 2 若孔洞或缺口位于截面的无效部位,则 = ;若孔洞或缺口位于截面的有效部 位,则 = —(位于有效部位的孔洞或缺口的面积)。 en A e A en A e A 3 开圆孔的均匀受压加劲板件的有效宽度b ,可按下列公式确定。 e ′ 当d ≤0.1时: b / 0 e b ′=b e 当 0.1< ≤0.5时: b d / 02 0 91 . 0 c e e d b b λ − = ′ 当0.5< ≤0.7时: b d / 02 0 11 . 1 c e e d b b λ − = ′ E f t b y c • = 53 . 0 λ 式中 d ——孔径; 0 第 9 页 002-SM @ e b ——相应未开孔均匀受压加劲板件的有效宽度,按第5.6 节的规定计算; @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 b、t——板件的实际宽度、厚度; y f ——钢材的屈服强度; E——钢材的弹性模量。 若轴心受压构件截面没有削弱,则仅需按公式5.2.2 计算其稳定性而毋须计算其强 度。 5.2.2 轴心受压构件应按公式5.2.2 计算其稳定性。 通过理论分析和对各类开口、闭口截面冷弯薄壁型钢轴心受压构件的试验研究,证 实轴心受压杆件的稳定性可采用单一柱子曲线进行计算。根据对现有试验结果的统计分 析和计算比较,柱子曲线可由基于边缘屈服准则的Perry 公式计算,式中之初始相对偏 心率 系按试验结果经分析比较确定。 0 ε 5.2.3 闭口截面、 双轴对称开口截面的轴心受压构件多系在刚度较小的主平面内弯曲失 稳。不卷边的等边单角钢轴心受压构件系单轴对称截面,由于截面形心和剪心不重合, 因此在轴心压力作用下,此类构件有可能发生弯扭屈曲。但若能保证等边单角钢各外伸 肢截面全部有效,则在轴心压力作用下此类构件的扭转失稳承载能力比弯曲失稳承载能 力降低不多。鉴于在冷弯薄壁型钢结构中,单角钢通常用于支撑等较为次要的构件,为 避免计算过于繁琐,故近似将其归入本条。 对于受力较大的不卷边等边单角钢压杆,则宜作为单轴对称开口截面按第5.2.4条 的规定计算。 5.2.4、5.2.5 近年来,国内有关单位对单轴对称开口截面轴心受压构件弯扭失稳问题 所进行的更为深入的理论分析和试验研究表明,采用“换算长细比法”来计算此类构件 的整体稳定性是可行的,故本规范仍沿用原规范的规定,但对其中扭转屈曲计算长度和 约束系数 的取值作了更明确的定义,以使有关规定的物理意义更为明晰。 β 5.2.6 实腹式轴心受压直杆的弹性屈曲临界力通常均可不考虑剪切的影响,据计算,因 剪切所致附加弯曲仅将使此类构件的欧拉临界力降低约0.3%左右。但是,对于格构式轴 心受压构件来说,当其绕截面虚轴弯曲时,剪切变形较大,对构件弯曲屈曲临界力有显 著影响,故计算此类构件的整体稳定性时,对虚轴应采用换算长细比来考虑剪切的影响。 第 10 页 002-SM @本条根据理论推导,列出了几种常用的以缀板或缀条连接的双肢或三肢格构式构件 换算长细比的计算公式。 本条有关格构式轴心受压构件单肢长细比 的要求是为了保证单肢不先于构件整体 1 λ @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 失稳。 5.2.7 格构式轴心受压构件应能承受按公式5.2.7 算得的剪力。 格构式轴心受压构件由于在制作、运输及安装过程中会产生初始弯曲(通常假定构 件的初始挠曲为一正弦半波,构件中点处的最大初挠曲值不大于构件全长的1/750),同 时,轴心力的作用存在着不可避免的初始偏心(根据实测统计分析,一般可取此初始偏 心值为0.05 , 系此构件的截面核心距),在轴心力作用下,此格构式轴心受压构件 内将会产生剪力,以受力最大截面边缘屈服作为临界条件,即可求得公式5.2.7 所示之 杆内最大剪力V 。 ρ ρ 5.3 受 弯 构 件 5.3.1~5.3.4 内容与原规范第4.5.1 条~第4.5.4 条基本相同。为了方便使用,在下 述3 个方面做了修订: 1 在计算梁的整体稳定系数时,一般都是对 轴(强轴)进行计算,而且本规范中 的 轴大都是对称轴,因此对薄壁型钢粱而言,主要是计算 ,故在附录A 中第A.2.1 条列出了 轴为对称轴的 计算公式,而 轴为非对称轴的情况,在梁中也可能碰到, 在压弯杆件中常用,故在第A.2.2条列出了 轴为非对称轴时 的计算方法,以上本来 都是写成一个公式,这次把一个公式分两条,突出了 轴是对称轴时的计算,也考虑了 轴为非对称轴时的情况,最大的好处是避免了可能出现的误解。 x x bx ϕ ϕ x bx ϕ x x bx x x2 有时还要计算截面绕 轴(弱轴、弯曲时梁的整体稳定系数 。一般都不写出 的计算公式,而是由计算者自己按计算 的公式来代换其中相对应的几何特性,不仅使 用不方便,而且可能出错。故在第A.2.3 条列出了 的计算公式,不仅解决了上述问题, 而且可以提高计算工效。 y by ϕ by ϕ by ϕ by ϕ3 以往在计算梁的整体稳定系数时,还要用到一个计算系数 ,对于承受横向荷载 的梁它小于1。现在按更完善的理论分析和试验证明,它的值可取为1,它在梁的整体稳 定系数计算中不起任何作用,故取消了这个计算系数,更简化了计算。 3 ξ 5.4 拉 弯 构 件 第 11 页 002-SM @ 5.4.1 冷弯薄壁型钢结构构件的设计计算均不考虑截面发展塑性, 而以边缘屈服作为其 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 承载能力的极限状态,故本条规定,在轴心拉力和2 个主平面内弯矩的作用下,拉弯构 件应按公式5.4.1 计算强度,式中的截面特性均以净截面为准。考虑到在小拉力、大弯 矩情况下截面上可能出现受压区,故在条文中加列了这种情况下净截面算法的规定。 5.5 压 弯 构 件 5.5.1 在轴心压力和 2 个主平面内弯矩的共同作用下,压弯构件的强度应按公式 5.5.1 计算,考虑到构件截面削弱的可能性,式中的截面特性均应按有效净截面确定。 5.5.2 双轴对称截面的压弯构件,当弯矩作用于对称平面内时,计算其弯矩作用平面内 稳定性的相关公式5.5.2-1 是根据边缘屈服准则,假定钢材为理想弹塑性体,构件两端 简支,作用着轴心压力和两端等弯矩,并考虑了初弯曲和初偏心的综合影响,构件的变 形曲线为半个正弦波,这些理想条件均满足的前提下导得的,在此基础上,引入计算长 度系数来考虑其他端部约束条件的影响,以等效弯矩系数 来表征其他荷载情况(如不 等端弯矩,横向荷载等)的影响,此外,公式5.5. 2-1 还考虑了轴心力所致附加弯矩的 影响,因此,该式可用于各类双轴对称截面压弯构件弯矩作用平面内稳定性的计算。 m β双轴对称截面的压弯构件,当弯矩作用在最大刚度平面内时,应按公式5.5.2-2计 算弯矩作用平面外的稳定性,此式系按弹性稳定理论导出的直线相关公式(对双轴对称 截面的压弯构件,一般是偏于安全的),与轴心受压构件及受弯构件整体稳定性的计算 公式自然衔接,且考虑了不同截面形状(开口或闭口截面)、荷载情况及侧向支承条件 的影响,适用范围较为广泛。 5.5.4 对于图 2 所示的单轴对称开口截面压弯构件,当弯矩作用于对称平面内时,除应 按公式5.5.2-1 计算其弯矩作用平面内的稳定性外,尚应按公式5.2.2 计算其弯矩作用 平面外的稳定性,但式中的轴心受压构件稳定系数 应按由单轴对称开口截面压弯构件 弯扭屈曲理论算得的用公式5.5.4-1:表述的换算长细比 确定。近年来所进行的大量 较为系统的试验结果证实,上述“换算长细比法”是可行的。此外,考虑到横向荷载作 用位置对构件平面外稳定性的影响,在公式5.5.4-2 中加列了 项,其中 是横向荷 载作用位置的影响系数,e 系横向荷载作用点到弯心的距离,规定当横向荷载指向弯心 时,e 为负值,横向荷载离开弯心时,e 为正值。 ϕ ω λ a e 2 ξ 2 ξ a a a 第 12 页 002-SM @ 理论计算和试验研究表明,对于常用的单轴对称开口截面压弯构件而言,若作用于 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 对称平面内的弯矩所致等效偏心距位于截面夸心一侧,且其绝对值不小于 2 0 e(e 为截 面形心至弯心距离)时,构件将不会发生弯扭屈曲,故本条规定此时毋需计算其弯矩作 用平面外的稳定性,以方便设计计算。 05.5.5 公式 5.5.5-1 和公式 5.5.5-2 均系半经验公式, 是考虑到与轴心受压构件及受弯 构件的整体稳定性计算公式的自然衔接和协调,并与有限试验结果做了分析、比较后确 定的。 5.5.6 双轴对称截面的双向压弯构件稳定性的计算公式5.5.6-1和公式5.5.6-2均系半 经验式,是考虑到和轴心受压构件、受弯构件及单向压弯构件的稳定性计算公式的衔接 和协调,且与有关理论研究成果及少量试验资料作了对比分析后确定的。 5.5.7、5.5.8 格构式压弯构件,除应计算整个构件的强度和稳定性外,尚应计算单肢 的强度和稳定性,以保证单肢不致先于整体破坏。 计算缀板和缀条的内力时,不考虑实际剪力和由构件初始缺陷所产生的剪力(由本 规范第5.2.7 条确定)的叠加作用(因为两者叠加的概率是很小的),而取两者的较大 剪力较为合理。 5.6 构件中的受压板件 第 13 页 002-SM @ 5.6.1 本条所指的加劲板件即为两纵边均与其他板件相连接的板件; 部分加劲板件即为 一纵边与其他板件相连接,另一纵边由符合第5.6.4 条要求的卷边加劲的板件;非加劲 板件即为一纵边与其他板件相连接,另一纵边为自由边的板件。例如箱形截面构件的腹 板和翼板都是加劲板件;槽形截面构件的腹板是加劲板件,翼缘是非加劲板件;卷边槽 形截面构件的腹板是加劲板件,翼缘是部分加劲板件。 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2根据上海交通大学、湖南大学和南昌大学对箱形截面、卷边槽形截面和槽形截面的 轴心受压、偏心受压板件的132 个试验所得数据的分析,发现不论是哪一类板件都具有 屈曲后强度,都可以采用有效截面的方式进行计算。因此本次修改不再采用原规范第 4.6.4条关于非加劲板件及非均匀受压的部分加劲板件应全截面有效的规定。 板件按有效宽厚比计算时,有效宽厚比除与板件的宽厚比、所受应力的大小和分布 情况、板件纵边的支承类型等因素有关外,还与邻接板件对它的约束程度有关。原规范 在确定板件的有效宽厚比时,没有考虑邻接板件的约束影响。本条对此做了修改,增加 了邻接板件的约束影响。 以上两点是本次修改时根据试验结果对本条所做的主要修改。 由于考虑相邻板件的约束影响后,确定板件有效宽厚比的参数数目又有增加,如仍 采用列表的方式确定板件的有效宽厚比,表格量将大幅增加,于使用不便,因此本条采 用公式确定板件的有效宽厚比。 根据对试验数据的分析,对于加劲板件、部分加劲板件和非加劲板件的有效宽厚比 的计算,都可以采用一个统一的公式,即公式5.6.1-1至公式5.6.1-3 公式中的计算系 数 考虑了相邻板件的约束影响、板件纵边的支承类型和板件所受应力的大小和分布情 况。 ρ1 1 205 σ ρ k k = (2) 式中 k——板件受压稳定系数,与板件纵边的支承类型和板件所受应力的分布情况 有关; 1 k ——板组约束系数,与邻接板件的约束程度有关; 1 σ ——受压板件边缘的最大控制应力(N/mm 2 ),与板件所受力的各种情况有关。 如计算中不考虑板组约束影响,可取板组约束系数k =1,此时计算得到的有效宽厚 比的值与原规范的基本相符。 1目前国际上已有不少国家采用统一的公式计算加劲板件、部分加劲板和非加劲板件 的有效宽厚比,而统一公式的表达形式因各国依据的实验数据而有所不同。 第 14 页 002-SM @本次修改对受压板件有效截面的取法及分布位置也做了修改(见第5.6.5 条),规 定截面的受拉部分全部有效,有效宽度按一定比例分置在受压的两侧。因此,有效宽厚 @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 比计算公式5.6.1-1 至公式5.6.1-3的右侧为板件受压区的宽度 ,即有效宽厚比用受 压区宽厚比的一部分来表示。 c b有效宽厚比的计算公式由三段组成:第一段为当b ≤18 时,板件全部有效;第 三段为当b >38a 时,板件的有效宽厚比为一常数25 t / a ρ a t / ρ ρ b b c ;第二段即18a <b < 38a 时为过渡段, 衔接第一段与第三段。 对于均匀受压的加劲板件 (即 =1, ρ =2, b =b) , 当b ≤36 时,板件全部有效;当b ≥76 时,板件有效宽厚比为常数 50。原规范为当 ≤30 时,板件全部有效;当b ≥60 时,板件有效宽厚比为常数 45;但当 ≥130 后,板件有效宽厚比又有增加。原规范的数值是根据当时所做试验结果制订的,当时箱 形截面试件是由两槽形截面焊接而成。由于焊接应力较大,使数值有所降低。考虑到目 前型材供应的改善,焊接应力会相应降低,这次修改对数值适当提高。美国和欧洲规范 的数值为:当b ≤38 时,板件全部有效;当b 巨大时,板件有效宽厚比渐近于56.8 当b =76 时,有效宽厚比为47.5,相当于本规范的95%。因此,本规范的数值与美国和 欧洲规范的比较接近。 ρ b t / c t ρ t / t / t / a t / t b / / t / t / 5.6.2 本条给出了第 5.6.1 条有关公式中需要的板件受压稳定系数 的计算公式。这些 公式均为根据薄板稳定理论计算的结果经过回归得到的。 k 5.6.3 本条给出了第5.6.1 条有关公式中需要的板组约束系数 的计算公冬板组约束 系数与构件截面的形式、截面组成的几何尺寸以及所受的应力大小和分布情况等有关。 根据上海交通大学、湖南大学和南昌大学对箱形截面、带卷边槽形截面和槽形截面的轴 心受压、偏心受压构件132 个试验所得数据的分析,发现不同的截面形式和不同的受力 状况时,板组约束系数是有区别的,但对于常用的冷弯薄壁型钢构件的截面形式和尺寸 其变化幅度不大。 1 k考虑到构件的有效截面特性与板组约束系数的关系并不十分敏感,为了使用上的方 便,对加劲板件、部分加劲板件和非加劲板件采用了统一的板组约束系数计算公式。 板件的弹性失稳临界应力为: 2 2 2 ) ( ) 1 ( 12 b t Ek cr • − = µ π σ (3) 式中 k——板件的受压稳定系数: 第 15 页 002-SM @ E——弹性模量; @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 µ ——泊桑系数; b——板件的宽度; t ——板件的厚度。 式(3)表明板件的临界应力与稳定系数 和宽厚比 有关,为了简便,式(3)可 表示为: k t b / 2 ) ( t b k A cr = σ (4) 图 3 表示一由板件组成的卷边槽形截面,腹板宽度为 ,翼缘宽度为 厚度均为t 。 作用于腹板的板组约束系数用k 表示,作用于翼缘的板组约束系数用的表示,腹板的弹 性临界应力了 和翼缘的弹性临界应力 可分别用下式表示: ω f w 1 crw σ crf σ 2 1 ) ( t k k A w w crw ω σ = (5) 2 1 ) ( t f k k A f f crf = σ (6) 当考虑板组稳定时,应有 = 将式(5)和式(6)代入,则有: crw σ crf σ 2 1 1 ) ( f w w f k k f k k ω = (7) 令 f w w k k f ω ξ = (8) 第 16 页 002-SM @ @ 筑 龙 网 www.sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2 .sinoaec.com 《冷湾薄壁型钢结构技术规范》条文说明 资料编号:GB50018-2002-SM @ 得 得 2 1 1 w w f k k ξ = (9) 式(9)表示按板组弹性失稳时,两块相邻板的板组约束系数之间的应有关系,即翼 缘的板组约束系数k 和腹板的板组约束系数k 之间应有的关系。 f 1 w 1本条在根据试验数据拟合板组约束系数k 的计算公式(3)至公式(5)时,也考虑 了公式(9)所表示的关系。 1表1 至表6 是试验数据与按第5.6.1 条至第5.6.3 条的规定计算得到的理论结果的 比较,表中还列出了按原规范和按美国规范的计算结果。比较结果表明,这次修改是比 较满意的。 表 1 34 根箱形截面试件的试验结果 与各种方法计算结果 的比较 t N c N c t N N / 方法 指标 本规范方法考 虑板组约束 本规范方法不 考虑板组约束 ( =1) 1 k 原规范方法 (GBJ 18-87) 美国规范方法 平均值 1.14 1.14 1.06 1.20 均方差 0.199 0.195 0.240 0.200 最大值 1.72 1.72 1.72 1.72 最小值 0.
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