中华人民共和国国家标准冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002 2
5.2.4 计算单轴对称开口截面(如图5.2.4所示)轴心受压构件的稳定系数时,其长细比应取按公式5.2.3-2和下式算得的较大值:
表5.2.4 开口截面轴心爱压和压弯构件的约束系数
项次 构件两端的支承情况 无缀板 有缀板
α β α β
1 两端铰接,端部截面可以自由翘起 1.00 1.00 - -
2 两端嵌固,端部截面的翘曲完全受到约束 1.00 0.50 0.80 1.00
3 两端铰接,端部截面的翘曲完全受到约束 0.72 0.50 0.80 1.00
5.2.5 有缀板的单轴对称开口截面轴心受压构件弯扭屈曲的换算长细比λw可按公式5.2.4-1计算,约束系数α、β可按表5.2.4采用,但扭转屈曲的计算长度lw=β·a,a为缀板中心线的最大间距。
构件两支承点间至少应设置2块缀板(不包括构件支承点处的缀板或封头板在内)。
5.2.6 格构式轴心受压构件的稳定性应按公式5.2.2计算,其长细比应按下列规定取λox和λoy中的较大值:
1 缀板连接的双肢格构式构件(如图5.2.6a所示)。
2 缀条连接的双肢格构式构件(如图5.2.6b所示)。
3 缀条连接的三肢格构式构件(如图5.2.6c所示)。
图5.2.6 结构式构件截面示意图
格构式轴心受压构件,当缀材为缀条时,其分肢的长细比λ1不应大于构件最大长细比λmax的0.7倍;当缀材为缀板时,λ1不应大于40,且不应大于λmax的0.5倍(当λmax<50时,取λmax=50﹚,此时可不计算单肢的强度和稳定性。
斜缀条与构件轴线间的夹角宜不小于40°不大于70°。
5.2.7 格构式轴心受压构件的剪力应按下式计算:
剪力V值沿构件全长不变,由承受该剪力的有关缀板或缀条分担。
5.3 受 弯 构 件
5.3.1 荷载通过截面弯心并与主轴平行的受弯构件(如图5.3.1所示)的强度和稳定性应按下列公式计算:
5.3.2 荷载偏离截面弯心但与主轴平行的受弯构件(如图5.3.2所示)的强度和稳定性应按下列公式计算:
5.3.3 荷载偏离截面弯心且与主轴倾斜的受弯构件(如图5.3.3所示),当在构造上能保证整体稳定性时,其强度可按式5.3.3-1计算:
5.3.4 受弯构件支座处的腹板,当有加劲肋时应按公式5.2.2计算其平面外的稳定性,计算长度取受弯构件截面的高度,截面积取加劲肋截面积及加劲肋两侧各宽度范围内的腹板截面积之和(t为腹板厚度)。
支座处无加劲肋时,应按第7.1.7条的规定验算局部受压承载力。
5.4 拉 弯 构 件
5.4.1 拉弯构件的强度应按下式计算:
若拉弯构件截面内出现受压区,且受压板件的宽厚比大于第5.6.1条规定的有效宽厚比时,则在计算其净截面特性时应按图5.6.5所示位置扣除受压板件的超出部分。
5.5 压 弯 构 件
5.5.1 压弯构件的强度应按下式计算:
5.5.2 双轴对称截面的压弯构件,当弯矩作用于对称平面内时,应按公式5.5.5.2-1计算弯矩作用平面内的稳定性:
当弯矩作用在最大刚度平面内时(如图5.5.2所示),尚应按公式5.5.2-2计算弯矩作用平面外的稳定性:
5.5.3 压弯构件的等效弯矩系数βm应按下列规定采用:
1 构件端部无侧移且无中间横向荷载时:
2 构件端部无侧移但有中间横向荷载时:
βm=1.0
3 构件端部有侧移时:
βm=1.0
5.5.4 单轴对称开口截面(如图5.2.4所示)的压弯构件,当弯矩作用于对称平面内时,除应按第5.5.2条计算弯矩作用平面内的稳定性外,尚应按公式5.2.2计算其弯矩作用平面外的稳定性,此时,公式5.2.2中的轴心受压构件稳定系数φ应按公式5.5.4-1算得的弯扭屈曲的换算长细比λw由本规范表A.1.1-1或表A.1.1-2查得。
当弯矩作用在对称平面内(如图5.2.4所示),且使截面在弯心一侧受压时,尚应按下式计算:
5.5.5 单轴对称开口截面压弯构件,当弯矩作用于非对称主平面内时(如图5.5.5所示),除应按公式5.5.5-1计算其弯矩作用平面内的稳定性外,尚应按公式5.5.5-2计算其弯矩作用平面外的稳定性。
5.5.6 双轴对称截面双向压弯构件的稳定性应按下列公式计算:
5.5.7 格构式压弯构件,除应计算整个构件的强度和稳定性外,尚应计算单肢的强度和稳定性。计算缀板或缀条内力用的剪力,应取构件的实际剪力和按第5.2.7条算得的剪力中的较大值。
5.5.8 格构式压弯构件,当弯矩绕实轴(X轴)作用时,其弯矩作用平面内和平面外的整体稳定性计算均与实腹式构件相同,但在计算弯矩作用平面外的整体稳定性时,公式5.5.2-2中的φy应按第5.2.6条中的换算长细比λoy确定,φb应取1.0;当弯矩绕虚轴(Y轴)作用时,其弯矩作用平面内的整体稳定性应按下式计算:
5.6 构件中的受压板件
5.6.1 加劲板件、部分加劲板件和非加劲板件的有效宽厚比应按下列公式计算:
5.6.2 受压板件的稳定系数可按下列公式计算:
1 加劲板件。
当1>ψ>0时:
k=7.8-8.15ψ十4.35ψ2(5.6.2-1)
当0≥ψ≥-1时:
k=7.8-6.29ψ十9.78ψ2 (5.6.2-2)
2 部分加劲板件。
1)最大压应力作用于支承边(如图5.6.2a所示)。
当ψ≥-1时:
k=5.89-11.59ψ+6.68ψ2 (5.6.2-3)
2)最大压应力作用于部分加劲边(如图5.6.2b所示)。
当ψ≥-1时:
k=1.15-0.22ψ十0.045ψ2 (5.6.2-4)
3 非加劲板件。
1)最大压应力作用于支承边(如图5.6.2c所示)。
当1≥ψ>O时:
k=1.70-3.025ψ十1.75ψ2(5.6.2-5)
当0≥ψ-0.4时:
k=1.70-1.75ψ+55ψ2 (5.6.2-6)
当-0.4≥ψ-1时:
k=6.07-9.51ψ十8.33ψ2 (5.6.2-7)
2)最大压应力作用于自由边(如图5.6.2d所示)。
当ψ≥-1时:
k=0.567-0.213ψ十0.071ψ2 (5.6.2-8)
注:当ψ<-1时,以上各式的值按kψ=-1:的值采用。
5.6.3 受压板件的板组约束系数应按下列公式计算:
当k1>k'1时,取k1=k'1,k'1为k1的上限值。对于加劲板件k'1=1.7;对于部分加劲板件k'1=2.4;对于非加劲板件k'1=3.0.当计算板件只有一边有邻接板件,即计算板件为非加劲板件或部分加劲板件,且邻接板件受拉时,取k1=k'1。
5.6.4 部分加劲板件中卷边的高厚比不宜大于12,卷边的最小高厚比应根据部分加劲板的宽厚比按表5.6.4采用。
5.6.5 当受压板件的宽厚比大于第5.6.1条规定的有效宽厚比时,受压板件的有效截面应自截面的受压部分按图5.6.5所示位置扣除其超出部分(即图中不带斜线部分)来确定,截面的受拉部分全部有效。
图5.6.5中的be1和be2按下列规定计算:
对于加劲板件:
5.6.6 圆管截面构件的外径与壁厚之比符合第4.3.2条的规定时,在计算中可取其截面全部有效。
5.6.7 在轴心受压构件中板件的有效宽厚比应根据由构件最大长细比所确定的轴心受压构件的稳定系数与钢材强度设计值的乘积(ψf)作为σ1,按第5.6.1条的规定计算。
5.6.8 在拉弯、压弯和受弯构件中板件的有效宽厚比应按下列规定确定:
1 对于压弯构件,截面上各板件的压应力分布不均匀系数ψ应由构件毛截面按强度计算,不考虑双力矩的影响。最大压应力板件的σ1取钢材的强度设计值f,其余板件的最大压应力按ψ推算。有效宽厚比按第5.6.1条的规定计算。
2 对于受弯及拉弯构件,截面上各板件的压应力分布不均匀系数ψ及最大压应力应由构件毛截面按强度计算,不考虑双力矩的影响。有效宽厚比按第5.6.1条的规定计算。
3 板件的受拉部分全部有效。
6 连接的计算与构造
6.1 连接的计算
6.1.1 对接焊缝和角焊缝的强度应按下列公式计算:
1 对接焊缝轴心受拉。
2 对接焊缝轴心受压。
3 对接焊缝受弯同时受剪。
拉应力:
剪应力:
4 正面直角角焊缝受剪(作用力垂直于焊缝长度方向)。
5 侧面直角角焊缝受剪(作用力平行于焊缝长度方向)。
6 在垂直于角焊缝长度方向的应力σ1和沿角焊缝长度方向的剪应力τ1共同作用处。
6.1.2 喇叭形焊缝的强度应按下列公式计算:
1 当连接板件的最小厚度小于或等于4mm时,轴力N垂直于焊缝轴线方向作用的焊缝(如图6.1.2-1所示)的抗剪强度应按下式计算:
轴力N平行于焊缝轴线方向作用的焊缝(如图6.1.2-2所示)的抗剪强度应按下式计算:
2 当连接板件的最小厚度大于4mm时,纵向受剪的喇叭形焊缝的强度除按公式6.1.2-2计算外,尚应按公式6.1.1-7做补充验算,但hf应按图6.1.2-2b或图6.1.2-3确定。
6.1.3 电阻点焊可用于构件的缀合或组合连接,每个焊点所承受的最大剪力不得大于本规范表4.2.6中规定的抗剪承载力设计值。
6.1.4 普通螺栓的强度应按下列规定计算:
1 在普通螺栓杆轴方向受拉的连接中,每个螺栓所受的拉力不应大于按下式计算的抗拉承载力设计值Nbt。
2 在普通螺栓的受剪连接中,每个螺栓所受的剪力不应大于按下列公式计算的抗剪承载力设计值Nbv和承压承载力设计值Nbc的较小者。
3 同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓连接,应符合下列公式要求:
6.1.5 高强度螺栓摩擦型连接中,高强度螺栓的强度应按下列公式计算:
1 每个螺栓所受的剪力不应大于按下式计算的抗剪承载力设计值Nbv。
2 每个螺栓所受的沿螺栓杆轴方向的拉力不应大于按下式计算的抗拉承载力设计值Nbt。
3 同时承受摩擦面间的剪力Nv和沿螺栓杆轴方向的拉力Nt作用的高强度螺栓应符合下列公式要求:
6.1.6 在构件的节点处或拼接接头的一端,当螺栓沿受力方向的连接长度lo大于15do时,应将螺栓的承载力设计值乘以折减系数;当lb大于60do时,折减系数为0.7,do为孔径。
6.1.7 用于压型钢板之间和压型钢板与冷弯型钢构件之间紧密连接的抽芯铆钉(拉铆钉)、自攻螺钉和射钉连接的强度可按下列规定计算:
1 在压型钢板与冷弯型钢等支承构件之间的连接件杆轴方向受拉的连接中,每个自攻螺钉或射钉所受的拉力应不大于按下列公式计算的抗拉承载力设计值。
当连接件位于压型钢板波谷的一个四分点时(如图6.1.7b所示),其抗拉承载力设计值应乘以折减系数0.9;当两个四分点均设置连接件时(如图6.1.7c所示)则应乘以折减系数0.7。
自攻螺钉在基材中的钻入深度tc应大于0.9mm,其所受的拉力应不大于按下式计算的抗拉承载力设计值。
2 当连接件受剪时,每个连接件所承受的剪力应不大于按下列公式计算的抗剪承载力设计值。
抽芯铆钉和自攻螺钉:
射钉:
当抽芯铆钉或自攻螺钉用于压型钢板端部与支承构件(如檩条)的连接时,其抗剪承载力设计值应乘以折减系数0.8。
3 同时承受剪力和拉力作用的自攻螺钉和射钉连接,应符合下式要求:
6.1.8 由两槽钢(或卷边槽钢)连接而成的组合工形截面(如图6.1.8所示),其连接件(如焊缝、点焊、螺栓等)的最大纵向间距amax应按下列规定采用:
1 对于压弯构件,应取按下列公式算得之较小者。
2 对于受弯构件:
受弯构件的等效荷载集度应按下列规定采用:对于分布荷载应取实际荷载集度的3倍;对于集中荷载或反力,应将集中力除以荷载分布长度或连接件的纵向间距,取其中的较大值。
6.2 连接的构造
6.2.1 当被连接板件的厚度t≤6mm时,焊缝的计算长度不得小于30mm;当t>6mm时,不得小于40mm。角焊缝的焊脚尺寸不宜大于1.5t(t为相连板件中较薄板件的厚度)。直接相贯的钢管节点的角焊缝焊脚尺寸可放大到2.0t。
6.2.2 当采用喇叭形焊缝时,单边喇叭形焊缝的焊脚尺寸ht(如图6.1.2-3所示)不得小于被连接板件的最小厚度的1.4倍。
6.2.3 电阻点焊的焊点中距不宜小于15(mm),焊点边距不宜小于10(mm)(t系被连接板件中较薄板件的厚度)。
6.2.4 螺栓的中距不得小于螺栓孔径的3倍,端距不得小于螺栓孔径的2倍,边距不得小于螺栓孔径的1.5倍(如图6.2.4所示)。在靠近弯角边缘处的螺栓孔边距,尚应满足使用紧固工具的要求。
6.2.5 抽芯铆钉(拉铆钉)和自攻螺钉的钉头部分应靠在较薄的板件一侧。连接件的中距和端距不得小于连接件直径的3倍,边距不得小于连接件直径的1.5倍。受力连接中的连接件数不宜少于2个。
6.2.6 抽芯铆钉的适用直径为2.6~6.4mm,在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于4mm的抽芯铆钉;自攻螺钉的适用直径为3.0~8.0mm,在受力蒙皮结构中宜选用直径不小于5mm的自攻螺钉。
6.2.7 自攻螺钉连接的板件上的预制孔径do应符合下式要求:
6.2.8 射钉只用于薄板与支承构件(即基材如檩条)的连接。射钉的间距不得小于射钉直径的4.5倍,且其中距不得小于20mm,到基材的端部和边缘的距离不得小于15mm,射钉的适用直径为3.7~6.0mm。 射钉的穿透深度(指射钉尖端到基材表面的深度,如图6.2.8所示)应不小于10mm。 基材的屈服强度应不小于150N/mm2,被连钢板的最大屈服强度应不大于360N/mm2。基材和被连钢板的厚度应满足表6.2.8-1和表6.2.8-2的要求。
6.2.9 在抗拉连接中,自攻螺钉和射钉的钉头或垫圈直径不得小于14mm;且应通过试验保证连接件由基材中的拔出强度不小于连接件的抗拉承载力设计值。
7 压 型 钢 板
7.1 压型钢板的计算
7.1.1 本节有关压型钢板计算的规定仅适用于屋面板、墙板和非组合效应的压型钢板楼板。
7.1.2 压型钢板(如图7.1.2所示)受压翼缘的有效宽厚比应按下列规定采用:
1 两纵边均与腹板相连,或一纵边与腹板相连、另一纵边与符合第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;
2 有一纵边与符合第7.1.4条要求的边加劲肋相连的受压翼缘,可按部分加劲板件由本规范第5.6.1条确定其有效宽厚比。
7.1.3 压型钢板腹板的有效宽厚比应按本规范第5.6.1条规定采用。
7.1.4 压型钢板受压翼缘的纵向加劲肋应符合下列规定:
7.1.5 压型钢板的强度可取一个波距或整块压型钢板的有效截面,按受弯构件计算。