彩板与C型檩条共同作用下屋面系统承载力的变化

摘要分析了C型截面檩条在风吸力下的变形和承载力，同时考虑屋面板的约束作用及檩条的初始侧向弯曲对檩条的影响；研究初始侧向弯曲偏向何方对结构有利；确定了檩条开口方向的组合方式。

    轻钢结构是由圆钢、小角钢及薄壁型钢制作而成的结构，在世界各国已经得到广泛应用，在我国从60年代中期开始应用，主要用于轻型屋面及部分围护结构中，具有轻、省钢、制造方便、安装迅速等优点。我国在轻钢结构中使用的薄壁型钢是近30年来发展起来的—一种新型轻钢结构，它是薄钢板或带钢经冷加工而形成的，厚度一般在2～6mm之间，具有较好的截面特性，截面形状合理且多样化，能合理地利用材料强度，较普通钢结构节省钢材30％左右，已经在全国各地得到广泛应用，它将是未来钢结轻钢檩条及屋面板在有檩体系的单层工业房中，屋面系统的造价约占土建总造价的35％左右，而其中檩条的钢材用量占整个屋面系统钢材用量的50％一60％。因此要降低屋面系统的用钢量，应首先从檩条着手。



轻钢檩条有三种形式：实腹式、空腹式和格构式，这三种檩条各有优点。



　　屋面板有石棉水泥瓦、瓦楞铁以及近年来新出现的压型钢板、压型铝板。压型钢、压型铝板成型后为各异性材料，顺板垄方向刚度大，垂直板垄方向刚度小。檩条和屋面板间连接有机械连接、焊接连接和粘结连接三种。

实腹式轻钢檩条研究概况

到目前为止，世界各国的规范还投有对遭受风吸力的檩条提供—个综合性的分析，一般的方法是根据压弯的概念来估算屋面系统的承载力。在我国，许多机构正在进行这方面研究，但都只是考虑檩条本身，而投有考虑屋面板对檩条的约束作用。《冷弯薄壁型钢设计规范)GBJl8--87只把檩条的计算分成能否阻止檩条侧向失稳和扭转两种情况，若屋面板能阻止檩条失稳和扭转，则按下式只计算强度，不验算稳定性，研究表明，当压型钢板(或铝板)与檩条之间用自攻螺丝、射钉、焊接或螺栓连牢，压型钢板(或铝板)会给檩条上翼缘以强大的侧向支撑作用，此作用称蒙皮作用，这种屋面板在重力作用下，按强度计算檩条承载力。当用挂钩螺栓连接时，由于支撑作用小，按经验公式验算其承载力．

有蒙皮作用的轻钢屋面和檩条在风吸力作用下，下翼缘受压，因此檩条处于比重力荷载作用更不利的状态，但是由于C型檩条上下翼缘有腹板相连，当下翼缘侧向失稳时，它将带动整个檩条发生侧移和转动，此时，与懔条上翼缘紧密连接的压型钢板也会对檩条的变形产生一定的约束作用，这主要借助于压型钢板蒙皮的剪切和抗弯刚度。

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结论：

①檩条的初始侧向弯曲是背向开口方向的，其承载力和拆抗变形能力好于初始弯曲偏向开口方向。

②开口相对和开口相背组合方式的檩条要较开口同向组合方式的檩条承载力高、变形小。

机理：假定荷载作用在檩条截面中心线上。对于初始弯曲背向开口方向的，根据力的等效性原理，将荷载移至两端支座处截面的剪切中心连线上。在跨中，荷载作用点距剪切中心较近，因而产生的扭矩较小，因此承载力较高、变形较小。



对于侧向弯曲偏向开口方向，根据力的等效性原理将荷载移至剪切中心较远，因而产生的扭矩较大，因此承载力较小，变形较大。

对于开口方向相向或相背的情况，两根檩条扭矩方向相反，两根懔条水平。变形方向相反．其变形鹎势相互制约，即相互牵制作用较大，因而承载力较高，变形较小。试验结果与理论比较，根据最小势能原理，考虑跨中应力状态，以檩条截面最大应力点达到屈服极限作为强度极限，根据试验结果与理论比较，得出结论：试验屈服荷载均较理论屈服荷载小，这是由于材质不均匀、内部缺陷及试验误差造成的，但公式是可行的，08够满足使用要求。

根据《冷薄壁型钢结构技术规范，GBfl8—87，不考虑蒙皮板的约束作用，只考虑单根檩条按受弯构件整体稳定计算，算出的屈服荷载q：o．9782MPa远远低于有蒙皮板时的屈服荷载，说明蒙皮板对檩条的支撑作用相当大。



结论

(1) 蒙皮板对檩条有支撑作用，即使在风吸力作用下，檩条的下翼缘受压而无蒙皮直接与它相连，但通过檩条的腹板作用，连于翼缘的蒙皮可提供较大约束作用．

(2) C型檩条的初始侧向弯曲背向开口方向对结构有利，偏向开口方向对结构不利。

(3) C型檩条开口相对的组合方式或开口相背的组合方式对结构有利，好于开口相向的组合方式。