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应力蒙皮效应是怎么一回事?在工程设计中如何应用?

 花界三少图书馆 2020-06-29

由于屋面与檐槐、脊檩(以及中间模条)牢固连接,墙面与墙梁牢固连接,擦条和墙梁又与刚架构件牢固连接,因而屋面和墙面压型钢板可视为起应力蒙皮作用的隔板(图1.2-1),将仅能承受平面作用的单个刚架连成整体,从而提高刚架结构的整体刚度,有效减小结构的实际位移;围护板的应力蒙皮作用极大地提高了冷弯薄壁型钢模条/墙梁的整体稳定,亦因此使隅撑-冷弯薄壁型钢擦条/墙梁体系可作为刚架构件受压翼缘的侧向支承点。

图1.2-1(a)表示有蒙皮围护的小坡度双坡顶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,脊糠、檐口擦条类似上、下弦杆,除受弯外,还承受轴向压、拉作用。

为把风荷载传给基础,山墙处可设置墙梁蒙皮体系,也可设柱间交叉支撑。图1.2-1(b)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,屋脊受压,檐口模条受拉。为保证受力蒙皮作用,山墙处应在擦条端头设置沿屋面坡度的边缘构件,当承受水平风荷作用时,也有类似于图1.2-1(a)的受力情况。因此,脊檩、檐口擦条和山墙部位是构成屋面整体蒙皮作用的关键部位,设计中应予重视。

应力蒙皮效应是怎么一回事?在工程设计中如何应用?
应力蒙皮效应是怎么一回事?在工程设计中如何应用?
应力蒙皮效应是怎么一回事?在工程设计中如何应用?

要将面板视为结构的一部分进行应力蒙皮设计需要对每个实际工程根据其具体条件进行试验,这在事实上不太可能。不过从上述的概念介绍,我们能够了解,面板的蒙皮效应实际上是考虑面板起交又支撑的作用,按照这个概念,设置屋盖支撑同样可以起到'隔板'的作用。设计中通常在房屋的短方向布置刚架,由于刚架的侧向刚度小,属于平面结构,屋盖支撑体系把各福刚架连成整体,有效地提高结构的整体刚度,见图1.2-3。

对于采用咬合式或扣合式压型钢板作屋面板的情况,由于屋面板可随温度自由伸缩,此时其屋面的'隔板'作用非常小或不确定,不能利用屋面蒙皮效应,采用屋盖支撑体系加强屋盖整体刚度是设计中常用的手段。

门式刚架轻型钢结构房屋采用的屋面板有搭接式、扣合式和咬合式,搭接式有螺钉贯穿的和螺钉不贯穿的,它们在水平力作用下的受力各有特点,侧向刚度互不相同。由于咬合式屋面压型钢板可沿垂直于模条的方向移动,因此有人认为此时面板将不存在蒙皮效应,但MBMA的抗震设计指南指出,金属房屋的传统设计方法,是无论房屋的大小或形状,或竖向构件的形式和相对刚度如何,任何构造的压型钢板屋面都可视为柔性横隔。在大多数情况下,此假设是相当正确和适合的。典型的金属房屋在平面上接近方形或矩形,采用搭接式或咬合式屋盖的较多,横向有很多刚架,纵向在若干柱间设置圆钢支撑,可以认为它是符合柔性横隔要求的。

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