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      金属拱型波纹屋盖幕墙结构设计步骤有哪些

      发布时间:2018-10-24 15:01:29浏览次数:10057文章出处:幕墙设计机构

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        金属拱型波纹屋盖幕墙结构设计步骤有哪些

      幕墙设计知识

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        根据本文推导简化设计公式的过程及思路,可总结按照上述方法设计金属拱型波纹屋盖结构的步骤如下:

        (1)对结构所受各类荷载进行组合,确定各种工况下各类荷载的设计值;

        对于多雪地区,须考虑半跨非均布雪荷载的作用。因此一般情况下设计时要考虑的荷载组合类型有:

        a. 自重类荷载+全跨均布雪荷载/活荷载

        b. 自重类荷载+全跨均布雪荷载/活荷载+风荷载

        c. 自重类荷载+风荷载

        d. 自重类荷载+半跨三角形分布雪荷载

        e. 自重类荷载+半跨三角形分布雪荷载+风荷载

        (2)按照文献[3]提供的方法计算结构单位宽度截面的各等效弹性常数;

        (3)按照线弹性理论计算出结构在各种设计荷载下的各截面的弯矩 和轴力 。

        (4)利用公式(5)求出各类荷载对应的结构弹性临界荷载 :

        (5)利用公式(4)求出各类设计荷载对应的弯矩放大系数 ,并进而利用公式(2)和公式(3)求出特定荷载工况下结构各截面的一阶轴力 及二阶弯矩 。

        (6)按照公式(1)验算各工况下结构各截面的承载力。

        1、工程试设计

        本文运用前面推导的简化设计公式,并根据上一节的简化设计步骤编制了金属拱型波纹屋盖设计软件(ACMRSAP)。该软件采用VB语言编程,具有很好的用户界面,能够自动进行荷载组合并对各种荷载工况下的结构进行内力分析及承载力验算,可以图形显示并从图上查询各种计算结果,可以直接打印结构内力图及设计计算书。本文运用此软件进行了大量的工程试设计,均得到较满意结果。下面将列举出其中三个工程的设计结果。

        1.1 工程一

        结构参数:跨度30m北京公安局大楼石材幕墙设计案例,拱高6m,板厚1.4mm,板型MIC-240,支座类型 铰支座,钢板屈服强度280MPa,设计强度235MPa

        荷载标准值:自重0.20kN/m2,基本雪压0.75kN/m2,活荷载0.30kN/m2,基本风压0.60kN/m2

        计算结果:截面最大应力420.4MPa > 235MPa 结构不安全。

        该工程为一实际工程,工程地点在乌鲁木齐市。工程完工于1999年6月,于2000年1月在一场大雪后倒塌。对事故现场的勘测表明此工程施工质量很好。

        1.2 工程二

        结构参数:跨度33m幕墙方案,拱高6.6m,板厚1.25mm,板型MIC-240,支座类型 铰支座成都诚和源幕墙工程有限公司,板屈服强度280MPa,设计强度235MPa

        荷载标准值:自重0.18kN/m2,基本雪压0.40kN/m2,活荷载0.30kN/m2,基本风压0.55kN/m2

        计算结果:截面最大应力291.9MPa > 235MPa 结构不安全。

        此工程也是一事故工程,建于1995年并于1997年1月在一场大雪后塌落,工程地点在辽宁省鞍山市。在事故现场的足尺模型试验表明,结构在半跨雪荷载作用下的承载能力不足是导致事故的根本原因[5]。

        1.2 工程三

        结构参数:跨度24m,拱高6m,板厚1.1mm,板型MMR-238,支座类型 铰支座,钢板屈服强度280MPa,设计强度240MPa

        荷载标准值:自重0.14kN/m2,基本雪压0.30kN/m2,活荷载0.30kN/m2,基本风压0.35kN/m2

        计算结果:截面最大应力148.7MPa < 235MPa 结构安全。

        此工程的背景在北京,北京建有大量的采用此结构参数的金属拱型波纹屋盖结构,到目前为止尚无一例发生工程事故。

        2、小结

        本文在明确金属拱型波纹屋盖结构进行受力机理的基础上,通过对比分析这种结构的几何非线性分析结果及线性分析结果,提出了基于线性计算的结构承载能力简化计算公式,给出了公式设计参数的推导过程。本文给出的试设计结果可在一定程度上验证这套简化设计方法的合理性。另外,由于设计计算需求解不同荷载作用下拱型结构的内力并验算结构各截面上的应力,因此设计计算量很大,本文提出的这套方法更适合计算机编程计算。

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