压型钢板计算手册

本软件针对压型钢板、铝合金板进行截面承载力、挠度、施工荷载及排水能力进行验算。在计算过程中， 压型板按受弯构件考虑，主要遵循GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范中关于压型钢板计算 的条文规定、GB 50429-2007铝合金结构设计规范中关于铝合金压型板相关的计算条文规定及冷 弯薄壁型钢结构设计手册中关于屋面排水计算的相关条文。压型板截面计算过程中，考虑到其实际的受 力情况，所以选择了在一个波距范围内进行验算。因为无论是屋面板、墙面板或者是楼承板其实际作用过 程中，均是多块板横向搭接成为整体，所以选择其中一个波距来进行计算更贴近于压型板实际工作状态下 的受力情况。压型板根据建筑结构静力计算手册计算各验算点的弯矩及剪力情况。压型板的计算过程主要包含以下几个方面：毛截面惯性矩的计算、加劲肋是否有效的判别、腹板剪应力承 载能力计算、支座处腹板局部受压承载力验算、跨中位置最大正负弯矩和剪力作用下截面承载力验算、支 座位置最大负正弯矩和支座反力下截面承载力验算、最大正负挠度验算、屋面板排水能力验算。上述承载 力验算过程中均包含该种情况下该位置的有效截面宽度的验算。计算采用的组合情况如下：1.2 恒+1.4 活；1.0恒-1.4负风吸；1.2恒+1.4正风压；1.2恒+1.4活+0.84正风压；1.0恒+1.4活-0.84负风吸；1.2 恒+0.98 活+1.4 正风压；1.0恒+0.98活-1.4负风吸；1.2恒+1.0施工（屋面板）；1.2恒+1.4活载（楼面均布施工荷载）（楼承板）；1.2恒+1.4施工（楼面集中施工荷载）（楼承板）。一：压型钢板一）板材力学参数的确定对于规范中巳给出抗拉、抗剪强度设计值的材料牌号，我们按规范中数值采用，如Q235、Q345等。对 现今压型板常用的冷轧板牌号如G300、G550等，规范没有给出明确的抗拉、抗剪强度设计值，厂家在 供货的时候仅提供材料的屈服强度为300 N/mm2、550 N/mm2，所以我们根据冷弯薄壁型钢结构技 术规范4.1.4条规定，取抗力分项系数为二部，计算其抗拉强度设计值，抗剪强度设计值按抗拉亡，士人73 , 强度设计值除以计。二）截面惯性矩的计算软件根据截面几何形状，通过线积分的方法求得截面的惯性矩。在计算过程中忽略了腹板上的一些加劲措 施，但上下翼缘的加劲肋是考虑在其中的，其计算结果经过测试满足实际计算要求。用户也可以通过 AutoCAD对需计算的板型直接查询面域特性得到截面惯性矩，并可与软件计算所得相比较。三）上下翼缘加劲肋是否有效的判别冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.4条，受压翼缘纵向加劲肋的规定：因我们计算过程中取中间一个有效波距进行计算，所以无需考虑边加劲肋的作用效果，仅考虑中间加劲肋 的判别。针对中间加劲肋：且小盆 其中：=代表中间加劲肋截面对平行于被加劲板件截面之重心轴的惯性矩;代表被加劲的子板件的宽度；代表板件的厚度。其中对E理解如下：加劲肋截面对自身重心轴的惯性矩，重心轴为平行于被加劲板件的重心轴，其数值可以通过线积分的方法得到。当中间加劲肋满足上述要求时，认定加劲肋有效；当不满足要求时，忽略加劲肋的作用，按无肋板考虑。四）板件截面是否失效的判别均匀受压翼缘、不均匀受压腹板是否失效需根据其所处位置在该工况组合下经过验算确定。受拉翼缘按全截面有效考虑。五）受压板件截面有效宽厚比计算的分类情况及计算原理冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.2条规定如下：压型钢板受压翼缘的有效宽厚比应按下列规定采用：因我们计算过程中取中间一个有效波距进行计算，所以无需考虑边加劲板件的计算。两纵边均与腹板相连，或一纵边与腹板相连、另一纵边与符合7.1.4条要求的中间加劲肋相连的受压翼缘，可按加劲板件由本规范第5.6.1条确定其有效宽厚比；子版件中怛!如勘助图7.L?压型铜板截面示意图我们对此条文做如下理解：两纵边均与腹板连接即我们所说的加劲板件，按规范给出的计算方法计算。一纵边与腹板相连、另一纵边 与符合7.1.4条要求的中间加劲肋相连的受压翼缘，可按加劲板件由本规范第5.6.1条确定其有效宽厚比。 但当两纵边均与中间加劲肋相连的子板件的计算方法规范中并没有明确给出。现实中这部分的计算对整个 板型来说也是非常重要的，在现有的新板型中，也会出现多个加劲肋的情况，而规范中给出的应该是只有 一个中间加劲肋的情况，对其他多肋的情况未有提及。针对这个问题，我们参照澳大利亚冷弯薄壁型钢AS-NZS-4600-1996规范（第2.5条）。对其中多个加 劲肋部分的计算方法，我们归纳如下：当出现多个有效的中间加劲肋的时候（软件默认为加劲肋均分被加劲板件）：1、受压翼缘两侧均与腹板相连，当中间有多个加劲肋（加劲肋满足条件要求）时，与腹板相连的第一子 板件（被加劲板件）如果部分失效（同理，因为加劲肋之间的间距相等，所以如果第一子板件部分失效， 那么其他各段子板件在均匀受压的情况下也必然出现部分失效的情况），则仅离腹板最近的两个加劲认为 有效，其他各中间加劲肋的加劲效果忽略，也就是离腹板最近的两个加劲肋之间的翼缘部分认为是平板， 按两边支承板件计算其有效宽度；2、有多个加劲肋（加劲肋满足条件要求）时，当第一子板件全截面有效时，其他子板件也是全截面有效（等距），我们可以说中间加劲肋密集布置，加劲肋足够近，这时可以用折算厚度的概念来代替此有加劲 板件。为加劲板件（子板件与加劲肋一起）对其自身中和轴的截面惯性矩;4为受压翼缘宽度;是折算后的厚度。后续的计算有效截面惯性矩时同样用即可。（加劲肋数量大于等于2） 上述两种情况在中国冷弯薄壁型钢结构技术规范中没有提及，所以此处我们加以引用，实际计算时根 据折算后的厚度 来再次计算其有效宽度、及截面的有效截面惯性矩。这里我们之所以对其加以考虑，主 要是因为会出现以下这种情况：翼缘板的板幅较宽，同时加劲肋也比较密集的情况下，我们不该很主观的 认为其全部有效，这里利用折算厚度的概念的话则更加清晰准确。软件计算过程中，用澳大利亚冷弯薄壁型钢AS-NZS-4600-1996规范（第2.5条）补充中国冷弯薄壁型 钢结构技术规范中未提及的部分，这样就可以基本包含压型钢板加劲肋计算的所有情况。这里仅是软件制 作组针对压型钢板计算方法的理解，并加以整理。同时也希望国标冷弯型钢规范可以进一步完善，更明确 的给出上述规范中未提及到的加劲肋之间的子板件计算情况，以及加劲肋密集的较宽板失效宽度的计算方 法，和列出各种现今适用的冷轧板的强度设计值或其强度设计值的计算方法，以使其可以计算现今新产品 的所有型号，也使规范具有更好的适应性，同时也使现在的新的板型计算也能更加有据可依。六）有效宽厚比的计算有效宽厚比计算是在指定位置指定工况组合情况下的计算，各受力点在同一组合下失效情况各不相同，同 一受力点在不同组合情况下也各不相同。按冷弯薄壁型钢结构技术规范5.6.1条执行： 加劲板件、部分加劲板件、非加劲板件的有效宽厚比按下列公式计算1）当3）&为板件宽度为板件厚度为计算系数，心5一0_1年当评0时按if取。辑=咨罪为压应力分布不均匀系数，若心。，则 a=l_15-0_l,若心。，则“L15为板件受压区宽度bh =当心。时如二8当评时c当 时，；当 时，为计算系数laosxxr少为受压板件边缘的最大控制应力，与板件所受力的各种情况有关r为板件受压稳定系数，与板件纵边支承类型和所受应力的分布情况有关吒为板组约束系数，与邻接板件的约束程度有关，若不计相邻板件的约束作用时取1。此处老规范中给出的吒值均按1考虑，与新规范比较后得出老规范偏保守的结论。在对无肋型压型板的 计算中，对吒的计算方法在新规范中是明确的，但是对有肋型压型板的计算中，对加劲肋对被加劲板件 的约束作用并没有给出明确的计算方式。同时由于新板型的不断推出，加劲肋的形式多样化，有折角型V 字型，有U字型，有宽度较大的加劲肋等等，其约束方式很难界定，其自身的受压稳定系数也难以计算， 所以此处我们仍按老规范吒=1来考虑，计算结果偏安全。同时希望新规范中对现今流行的加劲方式的板 组约束系数给出更为明确的计算方法。X为板件受压稳定系数X按冷弯薄壁型钢结构技术规范5.6.2条中加劲板件情况下计算：对于加劲板件：当 10 时 *- = 7-15 + 4_353当 0 -1 寸 r = 7JI- 6J2Sf + 9_78f 3此时为压应力分布不均匀系数，当小于-1时，按-1取。当出现部分截面失效的情况时，根据冷弯薄壁型钢结构技术规范5.6.5条求出失效位置（截面受拉部 分全部有效）。针对压型板的受力形式，可以知道上下翼缘为均匀受压或者受拉，受拉时全截面有效，腹板为非均匀受力，二哗 均匀受压时压应力分布不均匀系数为哲一，不均匀受压时可按当求得。图中be1、be2按下列方法计算 对于加劲板件： 当”时七）有效截面惯性矩的计算当截面出现失效时，应再次计算截面有效部分的惯性矩（注：中和轴位置改变，板部分失效，软件以线积 分方法计算），并以有效截面特性代替毛截面特性，验算压型板截面承载力及挠度是否满足要求。八）截面承载力的计算100f时（855000码 为腹板实际展开宽度），腹板的平均剪应力应满足下列要求：口r =2X方 X/Xcm Q为腹板平均剪应力J为腹板的剪切屈曲临界剪应力为腹板的高厚比2、根据冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.7条进行压型板支座处腹板局部受压承载力验算:为一块腹板的局部受压承载力设计值。%为系数，中间支座取0.12,边支座取0.06。丁为强度设计值为腹板厚度 归为材料弹性模量为支座处支承长度，中跨位置可以取支承构件宽度为腹板倾角力验算:其中3、根据冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.8条进行压型钢板同时承受弯矩M和支座反力R的截面承载为截面的弯矩承载力设计值。需根据所在位置的截面有效特性求得。WJLf在此M与R同时作用的位置必在支座处，所以此处的为支座反弯位置的有效截面模量。为支座的反弯矩。 与按前面的方法求得。4、根据冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.9条进行压型钢板同时承受弯矩M和剪力V的截面承载力验算：其中血100 r当 时：“855000100 蛇当 时：“其中。为截面的弯矩承载力设计值。需根据所在位置的截面有效特征求得。在此M与V同时作用的位置区段范围内，其截面有效特性也相应变化。这里我们将此计算简化，弯矩作用位置取最大弯矩位置，剪力取最大剪力位置，按规范要求是取构件弯矩 及剪力共同作用的同一点的最大值来判断。通过认为判断，弯矩作用起绝对控制，剪力作用很小，所以我 们简化此计算方法，利用两个作用点的极值求解，计算结果偏安全。5、根据冷弯薄壁型钢结构技术规范7.1.10条进行跨中最大弯矩位置检修或施工集中荷载（总值为1.0kN）验算：施工荷载验算过程类同上述4个步骤，单波距计算时，施工荷载集中力计算公式如下：其中F当为屋面施工荷载时按1.0KN考虑，当为楼承板时按用户实际输入为准，。为折算系数，当屋面板H =计算时按0.5考虑，当楼面板计算时，b为钢承板单波距。九）压型板挠度的计算计算挠度所用的有效截面应按荷载标准值组合（例如恒活组合需用1.0恒+1.0活来重新计算）产生的应 力确定。挠度限值：屋面板：当坡度1/20时限值为1/250；当坡度1/20时限值为1/200。墙面板：限值为1/150。楼承板：限值为1/200。挠度计算采用有效截面惯性矩，计算公式为：均布荷载集中荷载 孙、为系数，按静力计算手册计算确定。其他计算过程类同上述四）七）的计算过程。二：铝合金板压型铝合金屋面板的计算方法类同于压型钢板，但其采用的是有效厚度的概念，而非压型钢板的有效宽度 的概念。铝合金板的计算依照GB50429-2007铝合金结构设计规范。1、根据选用的铝合金牌号及状态确定其基本力学性能参数。弹性模量70000 N/mm2，剪变模量27000 N/mm2，泊松系数0.3。翔或帽羿评鼻1155-f.IMft5125和伊匐5一厚度1 EE；皿1： wIfr6005E写10rOgw有F有S鬲-顷：护项，H件热部期匡诂序件热尊哨|拉rtitlE箱按W?区扶弗:/.J儿2IW8利60H045754S弱硬化：状态为T6的铝合金材料为弱硬化合金。强硬化：状态为除T6以外的其他铝合金材料为强硬化合金。当构件截面受压板件有效宽度小于下表限值时，板件全截面有效。计算板件宽厚比时，需采用的板件宽度 应采用板件净宽，即应为扣除相邻板件厚度后的剩余宽度。2、受压板件全部有效的最大宽厚比表5.2. 1-3 受序检伴全部有敏的岛玄宽库比映化程整加恂梃W .中闻岫，料业加劫枷件.速缘加劲板件焊馨非燃备翩硬化21.血 wJF I 17* t/lfF血*Si V导憧硬化L7t 晚IS 石I74r /时J 建W而T f ”.应按阙.宜1魂定2 矿村即也做他让象教、应再第5M. E *采fM借m翎钮的所卅F I*3 k “跖其中*方不当新受M慵说卜的桁件儡邢费谨整敷.值习33 条来用薜于端习黑睡坂件，尸i n 耐rm幼街Ft或向通甥粒件， h L对于止加物的件.或边蜂灿M校件&项.-口& .瓦2值的选用哀A-1结构用铝合金板带材力学性能标港们合金状态产g美翠J7攻 70a mK12. 5-80.(NU) 乳制椒.港轧带goT16HI 2 1122/!132轧制板.冷轧尴。.七 i.! *190 :J”一 15MH H?iH/I轧板皿轧带v 1 j%21.S2以51-1II!& H26H36乳制降抻H例(f. 2 1.：1 NI902l(r 1503虻村板，冷乳帽0.510.0少3S105-M5IK-22sons!II2 1122H：37HU H2I1131轧制M冷轧带J. 5 7. 5次】io135- 1 75r$ 1 35005产林蠢型厚度 (nnij度定整比例 伸於位扩讨此度 f .ft MPj )伸长郭1（籽）50mm15】砧 1/51一 _亨17ni&rm牡株舫，冷M带0. iff 1 一 Si-mi7弓MTHl 12蔻*1根L蜀的.0-I丽1 O轧睛槌、冷知.带o.2inL a65|17ti -Z1SA I - J8ina/HSs/naa：轧制梳、抻轧卅廿，A L 5与蜓.A 7H： I EKI 1131轨用极.泠轧部0. Z*4. 5项n： 3相EE H翼 IlTi轧咐.吟轧带6. 土 m1(18/113虬制振，冷5L带0, 1.5KiJ 1A4HH2膈板4绪】土 5IC1 W53：理，ML u河320. 5-1.5125E7-Mfl 1IGH2S/H33冷贰n. 5TO冲53gr用-12HII2kJ皿0M处.m福A坏275-1 H1J()知虬初0. A95】5 HfiH If；厘表A-iLf念就号对加劲肋修正系数按下列规定计算（无加劲时取1）：（b为被加劲板件净宽）为加劲肋修正系数，根据GB50429-2007铝合金结构设计规范第5.2.6条计算: 对于有一个等间距中间加劲肋的中间加劲板件对于有两个等间距中间加劲肋的中间加劲板件AY = H4_5 关对于有两道以上中间加劲肋的中间加劲板件，宜保留最外侧两道加劲肋，并忽略其余加劲肋的加劲作用， 按有两道加劲肋的情况计算。t表示加劲肋所在板件的厚度，也即加劲肋的等效厚度c表示加劲肋的等效高度。等效的原则是：加劲肋对其所在板件中平面的截面惯性矩与等效后的截面惯性 矩相等。aL 1*图5. 2.S血翎肋等效原则1为机件中血V= Jl/kj jpjp,在屋面板均为均匀受压情况下，取1。3、当受压板件宽度比大于上表规定的限值时，加劲板件、非加劲板件、中间加劲板件、边加劲板件的有效 厚度按GB50429-2007铝合金结构设计规范第5.2.3条计算。当构件截面中受压板件宽厚比大于表5.2.1-1规定的限值时，加劲板件、非加劲板件、中间加劲板件及边 缘加劲板件的有效厚度应按下式计算：对于非双轴对称截面中的非加劲板件或边缘加劲板件，4还应满足：i 一定4为考虑局部屈曲的板件有效厚度t为板件厚度当、为计算系数按表取值因板横向搭接成为整体，所以不考虑边加劲板件或非加劲板件的有效厚度计算。衰L 1计算裸敝A |帕的取值.中闯加I构械ftIM劫眩本加勘板H见为板件的换算柔度系数cr为受压板件的弹性临界屈曲应力，按第5.2.4条和5.2.6条采用 受压加劲板件、非加劲板件的弹性临界屈曲应力应按下式计算:为受压板件局部稳定系数，按5.2.5条计算加劲板件：当以八11时，8-2+105当1 时，W罪为压应力分布不均匀系数，J为受压板件边缘最大压应力，取正值为受压板件另一边缘的应力，取压应力为正，拉应力为负为铝合金材料泊松比，=0.3 b为板件净宽t为板件厚度均匀受压的中间加劲板件的弹性临界屈曲应力计算应符合下列规定:为均匀受压板件局部稳定系数，对于中间加劲板件=4中为加劲肋修正系数，用于考虑加劲肋对被加劲板件抵抗局部屈曲或畸变屈曲的影响。计算方法按前面所 述。对于中间加劲板件，除应将其作为整体按5.2.3条计算外，尚应按加劲板件和非加劲板件根据第5.2.3条 分别计算各子板件及加劲肋的有效厚度*，并取各板件的最小有效厚度。4、根据GB50429-2007铝合金结构设计规范第11章，铝合金板受压翼缘的有效厚度计算按下列规 定采用：两纵边均与腹板相连且中间没有加劲的受压翼缘，可按加劲板件由规范中5.2.3条确定其有效厚度。两纵边均与腹板相连且中间有加劲的受压翼缘，可按中间加劲板件由规范中5.2.3条确定其有效厚度。当 加劲肋多于两个时，可忽略中间部分加劲肋的有利作用。铝合金面板中腹板的有效厚度按规范5.2节进行计算。5、铝合金压型板的挠度限值按1/180控制，计算方法类同压型钢板。6、对集中力的检修荷载计算方法同压型钢板。7、铝合金板承载力的验算1）铝合金面板的强度可取一个波距的有效截面做为受弯构件按下列规定计算:1虬耳 *士吧耳5虬4耳+M为截面的弯矩承载力设计值。为有效截面模量，需根据所在位置的截面有效特性求得。为截面所承受的最大弯矩。2）铝合金面板中腹板的剪切屈曲应按下列公式计算:时为腹板平均剪应力J为腹板的剪切屈曲临界应力 为抗剪强度设计值 念为名义屈服强度为腹板高厚比3）铝合金面板支座处腹板的局部受压承载力，按下式验算：Xx/3x+ 70-K，满足此要求的情况下认为屋面板排水满足要求。参数：代表水流速度（m/s）4代表一个波槽的截面积（m2）*注：此时的H代表的是实际可过水的面积。对于咬合型板，实际就是有效波高部分的波槽截面积（不包括卷边的高度）；对于扣合型板与搭接型板来说，指的是端部卷边边加劲位置以下部分的面积（超过边加 劲部分认为水可以浸入）。随着现在新型板的推出及新搭接方式的应用，有些板其搭接位置带有防水或者止水空腔，或者普通板也加 设止水构造的时候，此时用户就要自主判断其真实的有效截面高度，并以此有效过水高度来计算波槽截面 积。U代表降雨强度（m/s），按本地区降雨强度计算公式确定。用户可以直接选择地区，库文件中包含各地的降雨强度。4代表受水面积（m2），取一个波距为计算单元，与其长度及宽度相关。K代表屋面排水安全系数，取* =2参数的计算:水流速度其中必代表压型钢板表面的粗糙系数，涂层压型钢板必=0.0151代表屋面的坡度代表水力半径，扯*代表一个波槽实际可过水的截面积（m2）点 4甚|&。+区-2ascais 础 =H iixm 0代表一个波槽实际可过水部分的周长（边加劲肋以下部分的波槽周长）（m）u =&f + 2ai &受水面积L为屋面排水坡的长度。