钢铝组合截面杆件的设计

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1、钢铝组合截面杆件的设计闭思廉李硕龚沁华深圳中航幕墙工程有限公司深圳市皇城广场1804室518045摘要钢铝组合截面是工程中经常应用的一种截面形式。本文对钢铝组合截面的截面特性计算以及截面验算进行简略的介绍。关键词钢铝组合截面，钢铝叠合截面一．引言在幕墙支承结构和铝合金门窗骨架设计中，为了节省铝合金用量、降低成本，往往采用钢、铝组合截面的杆件，外露部分采用铝合金型材，隐蔽部分亦即主要受力部分采用钢型材，这样，即达到了外表美观靓丽、截面小巧而承载能力高、造价又低廉的目的。另外，在幕墙加固工程中，钢铝组合截面也时有应用。钢、铝组合截

2、面的形式，一般常用的不外乎如图1所示的两种。其中a所示的是将钢型材川入铝合金型材的腔内；而b所示是钢、铝合金型材并列，二者截面一般有一个共同的对称轴。5对于这两种截面形式，视钢、铝型材的组合方式，又可分为叠合式和组合式两种。所谓叠合式，即钢、铝型材之间不加连接，仅仅从构造上能保证二者同时受力即可；而组合式和叠合式不同，它是在钢、铝型材之间用物理的或化学的方法将二者紧密相连的组合形式。由于这两种截面的组合方式不同，所以在受力后的表现也不同，设计计算方法也完全不同，下面分别予以介绍。图1二．叠合式截面杆件的设计如图2所示叠合式截面

3、杆，当其在横向力作用下受弯时，杆件将发生弯曲变形。由于钢、铝型材之间不加连接，因此，在二者接触面间无任何约束（忽略摩擦），当杆件发生弯曲变形时，在接触面间，二者会产生相互错动，受荷前在同一竖向截面内的abcd亦不在同一截面了，可见，此时的受弯杆件，已不符合“平截面的假定”条件，因此，二者已不能按一体进行计算了。考虑到钢、铝型材受荷后，截面未脱开，二者有着共同的边界约束条件，在正常受力情况下，变形在弹性范围内，因此二者各自沿自身截面中和轴产生挠曲，且，二者产生的挠度相等。所以：=亦即，二者分配的荷载与其刚度成正比，于是有：ql=

4、；qg=若以内力的形式来表达，亦可写成如下的形式：Ml=；Mg=Nl=；Ng=其中：M，N-----总弯矩，总轴力图2Ml，Nl-----铝合金型材分配的弯矩，轴力Mg，Ng-----钢型材分配的弯矩，轴力Al，Ag-----铝合金型材截面面积，钢型材截面面积据此即可对叠合式截面杆件进行设计了。三．组合式截面杆件的设计：5当在铝合金型材和钢型材接合面处设置抗剪连接件，以约束在杆件受力变形时发生沿接合面的相互错动，则二者相当于一体一样。如图3,当其在横向力作用下受弯时，杆件将发生弯曲变形，受荷前在同一竖向截面内的abcd，弯曲后

5、截面虽然随之发生偏转，但仍然保持在同一平面内。可见，此时的受弯杆件，符合“平截面的假定”条件，因此，二者已不是分别沿自身截面中和轴产生挠曲，而是沿统一的中和轴产生挠曲了，故，应该按组合截面进行计算。1.组合截面几何参数的计算：由于铝合金型材和钢型材的物理力学性能不同，因此二者的组合不能是二者截面几何图形的简单的组合，而必须考虑二者弹性模量的不同。如图4所示截面，铝合金型材和钢型材有一共同的形心轴y，则组合截面的形心必在此轴上。设铝合金型材的截面积为Al0，对自身形心轴的惯性矩为Ilx0、图3Ily0；钢型材的截面积为Ag0，对

6、自身形心轴的惯性矩为Igx0、Igy0。铝合金型材和钢型材弹性模量之比为αE=(1).组合截面面积:当按钢、铝分别换算时：Ag=Ag0+αEAl0；Al=(2).组合截面形心座标：设其座标为(x0,y0)，已知图4x0=0,现求y0。设钢、铝截面形心距为h0，则组合截面形心至铝截面形心的距离：当按钢、铝分别换算时：yg0=；yl0=(3).组合截面惯性矩:当按钢、铝分别换算时：Igx=；Igy=Ilx=；Ily=5(4).组合截面抵抗矩:设铝合金截面最外缘至组合截面形心轴的距离为hl，钢截面最外缘至组合截面形心轴的距离为hg，

7、则截面抵抗矩：当按钢、铝分别换算时：Wgx=；Wlx=同理可求Wgy、Wly。(5).组合截面回转半径：当按钢、铝分别换算时：rgx=；rlx=同理可求rgy、rly。2.组合截面的验算：在已知内力和求得组合截面几何参数后，便可按一般截面的验算方法一样对组合截面进行验算了。但，这里必须指出，对组合截面验算时，要针对铝合金截面部分和钢截面部分分别进行验算，且，各自验算时要用换算成各自材料的截面几何参数。此外，由于铝合金截面部分和钢截面部分的局部壁厚可能均较薄，因此，截面的局部稳定应予验算，要分别控制在各自允许的宽厚比之内。铝合金

8、截面允许的宽厚比：截面自由挑出部分：≤15截面双边支承板件：≤30钢截面允许的宽厚比：截面自由挑出部分：≤截面双边支承板件：≤其中：为钢材的屈服点3.抗剪连接件的计算：设铝合金截面对组合截面形心轴的静面矩为Slx，组合截面按铝合金换算时的惯性矩为Ilx5，钢、铝截面间抗剪连接