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金属屋面系统的计算要点

压型金属板屋面系统,承受风荷载较大,尤其是负风压,站台雨棚屋面系统更是受风荷载控制。近几年由于抗风揭能力不够,发生了多起站台雨棚屋面破坏的事故,因此屋面系统的结构安全应引起设计人员的高度重视。固定支架和压型金属面板的连接强度(咬合承载力)受材料性质及连接构造等多种因素影响,目前尚无精确的计算理论,需根据试验确定连接强度。为保证屋面系统结构安全,应通过抗风揭试验验证压型金属板屋面系统整体抗风揭能力满足设计风荷载要求。目前国内尚没有压型金属板抗风揭试验的方法和标准,国际上较为成熟和广泛应用的有美国 FM、ULS 等方法和标准。

目前,压型钢板的理论计算依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002),压型铝合金板的 理 论 计 算 依 据《铝 合 金 结 构 设 计 规 范》(GB50429-2007),对特殊压型金属板,建议其承载力、挠度限值通过试验确定。压型金属板应进行受压翼缘板件的宽厚比、受弯强度、腹板受剪、腹板局部受压(折屈),压型板在弯矩与局部压力共同作用下及压型板同时承受弯矩和剪力的验算。压型金属板的强度和挠度,可取一个波距或整块压型板的有效截面,按受弯构件计算。值得注意的是在进行压型金属板的强度和刚度计算时,受压板件的局部屈曲应采用有效截面来予以考虑,即考虑受压板件的屈曲后强度。对压型钢板采用有效宽度法,对铝合金压型板采用有效厚度法。压型金属板挠度计算时,按全截面算得的挠度偏于不安全,所以应采用效截面计算。通常把压型金属板构件视作由最大弯矩确定的有效截面为截面的等截面梁,按材料(结构)力学方法计算其挠度。计算压型钢板的有效截面矩和有效惯性矩比较繁琐。如 YW51-750 压型钢板(图 13)在垂直向下荷载作用下,压型钢板下侧受拉时,根据板的截面尺寸,将板分为 4 类不同的板块①~⑥,板块③位于受拉区,全截面有效,仅需计算板块①、②、④部分的有效截面。其中⑥为子加劲肋,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)验算,压型钢板有效截面分布图如图 14 所示。

用于压型金属板之间或压型金属板与檩条、支撑构件之间紧密连接的螺栓、抽芯铆钉、自攻螺钉及射钉的承载力设计值应大于其所承受的外力。自攻螺钉的抗拉承载力设计值应满足如下计算要求:当承受含有风荷载的组合荷载时 N=8.5tf…(1)t 为紧挨钉头侧的压型板厚度,应满足0.5mm≤t≤1.5mm,f 为被连接压型钢板的抗拉强度设计值)。当连接件位于压型金属板波谷的一个四分点时,起抗拉承载力设计值应乘以 0.9 的折减系数,当两个四分点均设置连接件时,应乘以 0.7 的折减系数。同时自攻螺钉的承载力设计值还应满足下式的要求:N=0.75tcdf……(2),tc为钻入基材中的深度,应大于 0.9mm,d 为其直径。

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