波浪腹板H型钢在门式刚架房屋中的应用

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1、162成果应用城市道桥与防洪2013年10月第10期波浪腹板H型钢在门式刚架房屋中的应用毛红华(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市200092)摘要：波浪腹板H型钢截面构件是由翼缘板和波浪腹板组成，突破了传统平腹H型钢腹板高厚比的限制，从而其经济效益明显优于传统的门式刚架结构，是一种高效的新型建筑型材。该文就波浪腹板H型钢在门式刚架应用中的结构分析，探讨其设计方法和经济比较。关键词：波浪腹板H型钢；门式刚架；厂房结构中图分类号：TU511．38文献标识码：B文章编号：1009—7716

2、(2013)10—0162—03(CECS102—2002(2012年版))中规定，腹板高厚比0引言不宜超过250×、／，根据大量的试验及理论钢结构结构体系已在工业建筑中被广泛应分析，结合国内外研究成果，证明波浪腹板H型钢用，而门式刚架结构尤为居多。为使在确保结构安的腹板高厚比在远超这一限值的情况下依然能够全可靠的前提下有效节省用钢量，从而降低工程满足“腹板屈服前不发生屈曲”这一原则。用于门造价，国内外从业研究人员不断研究，波浪腹板H式刚架主梁时，一般波浪腹板的高厚比可控制在型钢应运而生。波浪腹板H

3、型钢构件是一种新型500，尽可能采用较大的梁高，而腹板厚度一般为高效建筑型材，近年来在欧美、澳大利亚等国家的2．0—6．0mm，2．0mm厚的波浪腹板更为常用。门式刚架房屋钢结构中广泛应用。目前我国也越(2)根据研究表明，波浪腹板H型钢构件在轴来越多的工业建筑开始采用波浪腹板H型钢构力和弯矩作用下，上下翼缘几乎承担了全部的轴件，为此，中国工程建设标准化协会批准了由同济向力，而剪力几乎全部由波浪腹板承担，且剪应力大学编制的《波纹腹板钢结构技术规程》(CECS沿腹板高度均匀分布。291：2011)，并于

4、2011年9月1日施行。本文就波(3)由波浪腹板H型钢构件组成的门式刚架结浪腹板H型钢在门式刚架应用中的结构分析，探构，连接节点构造特殊，《波纹腹板钢结构技术规讨其设计方法和经济比较。程》规定在构件转折、牛腿，以及梁柱连接等节点1结构分析要点域位置，构件腹板宜按照平腹板设计。1．2有效降低用钢量1．1截面特点根据上述波浪腹板H型钢构件特点，腹板可传统的平腹板其实可以视为波高为零，一旦大大节省用钢量，而部分节省下来的用钢量可以承受荷载受力时，平腹钢梁的腹板容易局部屈曲，加强翼缘板，使整个构件承载最大化

5、，即所谓好钢从而局部受力会“退出计算”，实际上就是腹板平用在翼缘上。面外刚度失稳，使其抗剪能力下降。针对腹板的受省钢之道：简化计算波浪腹板H型的惯性矩力特点，业内研究人员引进了波浪腹板理论。波浪为(波浪腹板H型构件截面见图1)腹板概念是受到集装箱的启示，一个标准集装箱Ib』Jr外仓尺寸为12192mm×2438mm×2591mm，一个标箱可承载22t，箱体内没有人们想象的桁架支撑，只有带波浪的侧板。由此可见，把腹板做成hr“自我加劲”的有效波浪，让腹板“全截面有效”，是一种有效降低用钢量的手段。其特

6、点体现在：X．X(1)腹板为波浪形，大大提高了腹板的平面外刚度和腹板的抗剪失稳能力，腹板可以设计成高A而薄，按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》收稿日期：2013—07—10作者简介：毛红华(1960一)，男，浙江人，教授级高级工程师，【b￡J一从事工程结构、建筑设计工作。图1波浪腹板H型构件示意图2013年10月第lO期城市道桥与防洪成果应用163梁的抵抗矩(简化计算，略)。由此可见，梁的惯性矩与梁高的平方成正比；与6倍的单翼缘面积相关；腹板对梁的惯性矩贡献有限。根据工程实践，当平腹板钢梁的腹板

7、面积是翼缘总面积的1．2倍时，如果梁高增加20％，翼缘加宽10％，采用波浪腹板其腹板减薄至原厚度的40％，则：(1)梁的平面内刚度可提高20％；(2)梁的平面外刚度可提高33％；(3)梁的应力下降3％；(4)梁的用钢量节约24％；(5)梁的抗扭刚度很大增加。虽然梁的表面积增加约30％，但综合造价节约15％以上。1．3荷载取值关于荷载取值仍应按现行《建筑结构荷载规范》(GB5009—2012)和《门式刚架轻型房屋技术规程(2012年版)》(CECS102：2002)。1．4结构计算及节点形式就门式刚架

8、而言，结构计算可采用STS软件2012新规范V1．3(20120630)版本，其版本中新增节点域平腹板／—＼／加了波浪腹板H型钢结构设计功能，能完成波浪腹I板门式刚架设计，包括模型输入、结构分析、节点牛I设计和施工详图绘制。节点连接形式见图2所示。对于波浪腹板的波形，《波纹腹板钢结构技术规程》(CECS291：2011)中给出了推荐了三种波形，这三种波形经充分试验和理论分析，证明用于波浪腹板受弯构件，能保证腹板剪切屈曲不先于剪切屈服发生，具有较好的剪切屈服延性(见图3