波紋腹板結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用

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作者：唐鵬陳明
時(shí)間：2011-12-22 11:17:09 [收藏]

關(guān)鍵詞：波紋腹板工程應(yīng)用

摘要:波紋腹板H型鋼作為新型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，構(gòu)件的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)還處于開發(fā)階段。為了更全面掌握波紋腹板的受力性能，上海歐本鋼結(jié)構(gòu)有限公司與同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行了波紋腹板構(gòu)件的抗彎承載力試驗(yàn)、軸心受壓試驗(yàn)、抗剪試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)等。試驗(yàn)研究表明, 折線形鋼腹板的相鄰板件互為支承, 彎折處很好地起到了加勁肋的作用, 從而使折線形鋼腹板的抗剪屈曲能力較一般的平直腹板有很大的提高。用波紋腹板鋼梁來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平腹板鋼梁可以使鋼梁腹板的厚度減小, 可以不設(shè)或少設(shè)間橫向勁肋, 有明顯的經(jīng)濟(jì)效益, 值得進(jìn)行大規(guī)模推廣。

關(guān)鍵詞：波紋腹板工程應(yīng)用

配合了數(shù)十組的實(shí)驗(yàn)研究，上海歐本鋼結(jié)構(gòu)有限公司參與了同濟(jì)大學(xué)主編的《波紋腹板H型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的編制；按照規(guī)程要求，在自己所承擔(dān)工程中進(jìn)行了項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工。本文通過實(shí)例，介紹波紋腹板鋼結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及應(yīng)注意的問題。

波紋腹板構(gòu)件可廣泛用于一般工業(yè)與民用建筑所采用的鋼構(gòu)件及其所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。

結(jié)合實(shí)際工程，分別對(duì)吊車梁、屋面梁、樓層組合梁進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，并與采用常規(guī)平腹板H型鋼設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比。

從《波紋腹板鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》可以看到，波紋腹板H型鋼構(gòu)件傳力途徑簡(jiǎn)潔明確，在軸力和彎矩作用下，僅翼緣有效，腹板不承受任何軸向作用力；在剪力作用下，僅腹板有效，且剪應(yīng)力均勻分布。腹板和翼緣分工明確。在彎矩和剪力綜合作用時(shí)，可分別驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，而不用考慮兩者的相互作用。

本文所提及的波紋，均為上海歐本鋼結(jié)構(gòu)有限公司與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合試驗(yàn)所采用的波紋。為了簡(jiǎn)化稱謂，這種腹板H型鋼又被稱為“Z型鋼”。波紋腹板主要參數(shù)如下：

1．雙向受彎構(gòu)件(吊車梁)

設(shè)計(jì)實(shí)例：

蘇州普杰無紡布二期廠房項(xiàng)目吊車梁，15t吊車梁(吊車跨度21.5m)，10m柱距。

吊車參數(shù)：每側(cè)四輪，最大輪壓：55.4kN,輪距C1=1200mm,C2=1418mm,吊車最大寬度w=4308mm,小車重1.05t,大車重11t;計(jì)算結(jié)果對(duì)比如下表所示：

吊車梁斷面為ZH1250 X 350(200) X 3 X 14(8),支座剪力設(shè)計(jì)值為：V=274.1kN；彎矩設(shè)計(jì)值：

Mx=629.48kN-m, My=21.14kN-m；

a. 截面參數(shù)：

根據(jù)規(guī)程，在計(jì)算截面慣性矩、抵抗矩等參數(shù)的時(shí)候均不考慮腹板貢獻(xiàn)，其截面主要參數(shù)如下：

典型框架如下圖所示.

設(shè)計(jì)參數(shù)：檐口高度：8.35m，4 X 24m，單屋脊雙坡，柱距11.7m，屋面懸掛荷載：0.15 kN/mm²,恒載：0.20 kN/mm²,活載：0.30 kN/mm²,基本風(fēng)壓0.50 kN/mm²,地面粗糙度A類，7度設(shè)防；

所有屋面梁(包括局部夾層梁)均采用波紋腹板H型鋼梁(之型鋼)，鋼柱、夾層平臺(tái)主梁采用的是傳統(tǒng)的平腹板H型鋼，為計(jì)算方便，波紋腹板H型鋼全為等截面。由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)計(jì)算程序均未嵌入波紋腹板規(guī)程,設(shè)計(jì)(采用PKPM-STS程序)時(shí)采用的等效彎曲剛度的方法，屋面鋼梁輸入的是平腹板鋼梁，參與結(jié)構(gòu)整體運(yùn)算與分析,再用波紋腹板構(gòu)件來等代。如邊跨跨中截面鋼梁，程序輸入時(shí)的截面H835x200x5x8(繞 x軸的截面慣性矩Ix =77605.7cm4, 截面抗扭慣性矩 I_t =10.2384cm4),求得梁受彎平面內(nèi)最大彎矩Mx=365kN.M,對(duì)應(yīng)軸力為35kN,最大剪力V=75 kN,實(shí)際施工的波紋腹板H型鋼梁為H950x220x2.3x8(繞x軸的截面慣性矩Ix =78088.1cm4, 截面抗扭慣性矩 I_t =9.8602cm4),規(guī)范驗(yàn)算跟上述吊車梁類似，不同的是屋面梁為斜梁，根據(jù)規(guī)程還應(yīng)用壓彎構(gòu)件對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

門式剛架柱與屋面波紋腹板鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)，由于連接處的節(jié)點(diǎn)必須傳遞兩個(gè)方向的剪力與彎矩，因此在梁柱連接節(jié)點(diǎn)處的腹板(節(jié)點(diǎn)域)沒有采用波紋腹板，而用平腹板來代替,如下圖所示。

梁梁、梁柱連接：因規(guī)程中并未對(duì)類似門剛梁柱、梁梁端板連接節(jié)點(diǎn)給出相應(yīng)計(jì)算方法，設(shè)計(jì)時(shí)參考門式剛架規(guī)范（第7.2.9條）有關(guān)端板的計(jì)算。由于腹板不能承受任何軸向作用力,類似端板類的連接螺栓受力，只考慮靠近上下翼緣附近的螺栓參與受力，中間的螺栓只作構(gòu)造要求來處理，考慮到端板高度較大，應(yīng)適當(dāng)增加端板厚度來提高節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛度。在建與待建的項(xiàng)目當(dāng)中，我們會(huì)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，整理出比較客觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)，為以后的節(jié)點(diǎn)區(qū)的研究、試驗(yàn)及后續(xù)項(xiàng)目提供有益參考。

1．樓面平臺(tái)梁(受彎構(gòu)件)

設(shè)計(jì)實(shí)例：

特易購(gòu)物流（浙江）有限公司物流倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目廠房室內(nèi)平臺(tái) 梁(梁上混凝土板)，跨度8m，間距2.40m,平臺(tái)恒載：3.5kN/mm²,活載：5.0 kN/mm²,鋼材Q345B。

在保證強(qiáng)度與撓度力相近的情況下，我們作了一個(gè)對(duì)比，如下表所示：

6．運(yùn)輸及安裝

由于腹板采用波紋，構(gòu)件的抗扭剛度大幅提高，吊裝和運(yùn)輸比平腹板容易很多；對(duì)于超過24米的鋼梁，平腹板鋼梁采用兩點(diǎn)吊會(huì)出現(xiàn)旁彎的現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)的感覺非常危險(xiǎn)；而采用波紋腹板時(shí)，吊裝時(shí)鋼梁的平面外剛度明顯高很多。運(yùn)輸以及鋼梁放置在地面時(shí)，其良好的抗扭剛度也有明顯感覺——很容易立著放置，不容易傾覆。

7. 施工現(xiàn)場(chǎng)照片