波纹腹板结构在实际工程中的应用

发布于：2015-06-16 11:58:16 来自：建筑结构/结构资料库 [复制转发]

摘要:波纹腹板H型钢作为新型的钢结构构件，构件的设计和施工技术还处于开发阶段。为了更全面掌握波纹腹板的受力性能，上海欧本钢结构有限公司与同济大学进行了波纹腹板构件的抗弯承载力试验、轴心受压试验、抗剪试验、疲劳试验等。试验研究表明, 折线形钢腹板的相邻板件互为支承, 弯折处很好地起到了加劲肋的作用, 从而使折线形钢腹板的抗剪屈曲能力较一般的平直腹板有很大的提高。用波纹腹板钢梁来代替传统的平腹板钢梁可以使钢梁腹板的厚度减小, 可以不设或少设间横向劲肋, 有明显的经济效益, 值得进行大规模推广。

关键词：波纹腹板工程应用

配合了数十组的实验研究，上海欧本钢结构有限公司参与了同济大学主编的《波纹腹板H型钢结构技术规程》的编制；按照规程要求，在自己所承担工程中进行了项目设计与施工。本文通过实例，介绍波纹腹板钢结构在工程结构中的应用及应注意的问题。

波纹腹板构件可广泛用于一般工业与民用建筑所采用的钢构件及其所构成的结构。

结合实际工程，分别对吊车梁、屋面梁、楼层组合梁进行简要的分析，并与采用常规平腹板H型钢设计进行对比。

从《波纹腹板钢结构技术规程》可以看到，波纹腹板H型钢构件传力途径简洁明确，在轴力和弯矩作用下，仅翼缘有效，腹板不承受任何轴向作用力；在剪力作用下，仅腹板有效，且剪应力均匀分布。腹板和翼缘分工明确。在弯矩和剪力综合作用时，可分别验算抗弯强度和抗剪强度，而不用考虑两者的相互作用。

本文所提及的波纹，均为上海欧本钢结构有限公司与同济大学联合试验所采用的波纹。为了简化称谓，这种腹板H型钢又被称为“Z型钢”。波纹腹板主要参数如下：

1．双向受弯构件(吊车梁)
设计实例：
苏州普杰无纺布二期厂房项目吊车梁，15t吊车梁(吊车跨度21.5m)，10m柱距。
吊车参数：每侧四轮，最大轮压：55.4kN,轮距C1=1200mm,C2=1418mm,吊车最大宽度w=4308mm,小车重1.05t,大车重11t;计算结果对比如下表所示：
吊车梁断面为ZH1250 X 350(200) X 3 X 14(8),支座剪力设计值为：V=274.1kN；弯矩设计值：
Mx=629.48kN-m, My=21.14kN-m；
a. 截面参数：
根据规程，在计算截面惯性矩、抵抗矩等参数的时候均不考虑腹板贡献，其截面主要参数如下：

典型框架如下图所示.

设计参数：檐口高度：8.35m，4 X 24m，单屋脊双坡，柱距11.7m，屋面悬挂荷载：0.15 kN/mm2,恒载：0.20 kN/mm2,活载：0.30 kN/mm2,基本风压0.50 kN/mm2,地面粗糙度A类，7度设防；

所有屋面梁(包括局部夹层梁)均采用波纹腹板H型钢梁(之型钢)，钢柱、夹层平台主梁采用的是传统的平腹板H型钢，为计算方便，波纹腹板H型钢全为等截面。由于现有结构计算程序均未嵌入波纹腹板规程,设计(采用PKPM-STS程序)时采用的等效弯曲刚度的方法，屋面钢梁输入的是平腹板钢梁，参与结构整体运算与分析,再用波纹腹板构件来等代。如边跨跨中截面钢梁，程序输入时的截面H835x200x5x8(绕 x轴的截面惯性矩Ix =77605.7cm4, 截面抗扭惯性矩 It =10.2384cm4),求得梁受弯平面内最大弯矩Mx=365kN.M,对应轴力为35kN,最大剪力V=75 kN,实际施工的波纹腹板H型钢梁为H950x220x2.3x8(绕x轴的截面惯性矩Ix =78088.1cm4, 截面抗扭惯性矩 It =9.8602cm4),规范验算跟上述吊车梁类似，不同的是屋面梁为斜梁，根据规程还应用压弯构件对其进行稳定验算。

门式刚架柱与屋面波纹腹板钢梁的连接节点，由于连接处的节点必须传递两个方向的剪力与弯矩，因此在梁柱连接节点处的腹板(节点域)没有采用波纹腹板，而用平腹板来代替,如下图所示。

梁梁、梁柱连接：因规程中并未对类似门刚梁柱、梁梁端板连接节点给出相应计算方法，设计时参考门式刚架规范（第7.2.9条）有关端板的计算。由于腹板不能承受任何轴向作用力,类似端板类的连接螺栓受力，只考虑靠近上下翼缘附近的螺栓参与受力，中间的螺栓只作构造要求来处理，考虑到端板高度较大，应适当增加端板厚度来提高节点区的刚度。在建与待建的项目当中，我们会加强现场实测数据，整理出比较客观、真实的数据，为以后的节点区的研究、试验及后续项目提供有益参考。

1．楼面平台梁(受弯构件)
设计实例：
特易购物流（浙江）有限公司物流仓储项目厂房室内平台梁(梁上混凝土板)，跨度8m，间距2.40m,平台恒载：3.5kN/mm2,活载：5.0 kN/mm2,钢材Q345B。
在保证强度与挠度力相近的情况下，我们作了一个对比，如下表所示：

6．运输及安装
由于腹板采用波纹，构件的抗扭刚度大幅提高，吊装和运输比平腹板容易很多；对于超过24米的钢梁，平腹板钢梁采用两点吊会出现旁弯的现象，现场的感觉非常危险；而采用波纹腹板时，吊装时钢梁的平面外刚度明显高很多。运输以及钢梁放置在地面时，其良好的抗扭刚度也有明显感觉——很容易立着放置，不容易倾覆。

7. 施工现场照片

8.结语：

尽管腹板不参与承担轴向作用力，需要适当增大翼缘面积来补偿，但同时能使腹板厚

度大幅度减小，可显著节省用钢量。波纹腹板H形构件通过将腹板波折，有效的改变了腹板的受力机制和受力性能。腹板的剪切屈曲应力得到很大的提高，能够有效的解决高截面及薄

腹板时的局部屈曲问题。由于波浪腹板对翼缘提供的约束与平腹板有较大差异，翼缘的局部稳定性能也有较大差别，采用合理的腹板形式能有效改善翼缘的局部稳定性能。