设计拱形屋顶需要考虑的问题

拱形屋顶在设计和实际使用过程中,所受的荷载主要有以下几类:

(l)恒荷载包括屋盖结构自重、保温层和防火层自重、吊顶自重、采光带(窗)、通风帽等设备重量,灯具、管道等悬挂物重量;后两者可能是集中荷载,应尽可能沿屋盖跨度对称布置。材料自重标准值应按《建筑结构荷载规范》GBgJ一87采用;各种设备和悬挂物重量按实际情况取值。

(2)竖向活荷载包括积雪荷载、均布活荷载和积灰荷载,其中活荷载按不上人轻屋面考虑,取水平投影面屋面均布活荷载标准值为.03Nk/mZ,并不于雪荷载同时考虑,设计中时只取两者中的较大者:雪荷载和积灰荷载按照GBgJ一87采用,积灰荷载应与活荷载或雪荷载中的较大者同时考虑。

(3)风荷载屋盖在迎风的14/弧面上受风压力,背风的3/4弧面上受风吸力。垂直于屋盖表面的风荷载标准值按照GBJg一87采用。

(4)特殊荷载主要有支座位移和温度变化。屋盖设计时要考虑支座的相对水平位移,应控制支座相对水平位移不大于屋盖跨度的1/500,也可将此允许位移作为屋盖结构的一种作用而简化计算。温度主要考虑屋盖安装时与使用时的最大环境温差对结构内力和变形的影响。因为屋盖很薄,故按全截面均匀分布考虑;另外由于屋盖属于柔性体系,也可忽略温度对屋盖的效应影响。

1.在进行屋盖结构设计时,应主要考虑下列几种荷载效应组合:

(l)恒荷载+风荷载+特殊荷载;

(2)恒荷载+风荷载+全跨竖向活荷载+特殊荷载;

(3)恒荷载+风荷载+半跨竖向活荷载(作用在风压力区)+特殊荷载;

(4)恒荷载+全跨竖向活荷载+特殊荷载:

(5)其他特殊情况下的组合。

其中第3种组合有可能引起屋盖结构在非对称变形下的整体失稳,常常是最不利的、危险的荷载组合,应着重考虑和验算。

2.屋盖承载力计算与矢跨比、钢板厚度的选择

影响拱形屋顶承载能力的因素主要有跨度、矢跨比、板型、钢板材质和钢板厚度五个方面12·3·41。因为屋盖形式采用定性化机组批量生产,其截面形式和尺寸一般是确定的。从目前国内市场通行的截面形式而言,基本上有U形和V形两种,截面尺寸基本一致,差异很小。所采用的钢板几乎都是上海宝山钢铁厂生产的TSTE28和TSTE34热镀锌彩色钢板,钢板材质比较稳定可靠。因而对于一定截面形式和材质的拱形屋顶来讲,影响其承载能力的主要因素就只有跨度S、矢跨比右和钢板厚度6了。

2.1矢跨比右选择

屋盖结构承载能力和矢跨比与结构稳定性的关系,我们经过分析计算认为:在拱形屋顶的设计中,对于矢跨比的选择应当远离结构的跳跃失稳点(=1/10~1/9)。对于实际工程来说,较为合理的矢跨比为=1/6一l/3,工程设计中建议采用右=1/5一l/4。

2.2设计表达式

该屋盖结构应按照《建筑结构设计统一标准》GBJ86,采用概率极限状态法的分项系数表达式进行设计。

强度和稳定计算:按荷载效应基本组合

2.3屋盖的整体稳定性、承载能力计算和钢板厚度的确定

分析和足尺模型试验结果表明该屋盖结构的极限承载能力`由其整体稳定性控制。cr可采用下式计算,.23屋盖的局部稳定性验算对拱形屋顶局部稳定性的验算,要考虑到波纹的影响,可采用式4进行验算。因为肋高和整体半径关系的改变将导致波纹深度的变化.我们必须按照波纹深度的不同,对钢板厚度进行等效,等效后的钢板厚度由式4`得出。式4符合现行有关规范的规定,并于拱形屋顶现存产品的实际状况基本吻合.在拱形屋顶的足尺模型试验中,我们发现,除了有明显初始缺陷者以外,各种试验均未出现局部结构失稳而导致结构失效的现象,都表现为明显的整体失稳,这是由于波纹对肋板加劲作用的结果。因此,我们可以得出结论,拱形屋顶的承载能力是由其整体稳定性所决定的。

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