按《铝合金结构设计规范》设计直立锁边铝合金屋面

按《铝合金结构设计规范》设计直立锁边铝合金屋面

发布时间：2011-05-19

直立锁边金属（铝合金）屋面在我国使用已有十多年时间，2007年《铝合金结构设计规范》发布前，由于没有规范作依据，全由供货单位参照某些国外“权威机构”的资料做设计，不能形成系统、完整，正确的设计，因此有些工程出现了问题，个别工程发生中大工程事故。《铝合金结构设计规范》发布后，由于部分单位对《铝合金结构设计规范》缺少全面、准确的理解，在设计中往往套错公式、选错参数，不能做出正确的设计。为了使直立锁边金属（铝合金）屋面工程步入规范化设计轨道，就要宣传、贯彻《铝合金结构设计规范》，现就按《铝合金结构设计规范》设计直立锁边铝合金屋面的有关问题提出来和大家讨论。

1.全面、准确掌握《铝合金结构设计规范》

《铝合金结构设计规范》对铝合金结构设计作了全面规定（材料选用、设计原则、设计指标、板件有效截面等）。其中对板件的弹性临界屈曲应力的计算是难点，需结合应力图来理解。

5.2.4受压加劲板件、非加劲板件的弹性临界屈曲应力应按下式计算：

σc r =kπ2E/ 12（1-υ2）•（b/t）2 （5.2.4）

式中 k ——受压板件局部稳定系数，应按第5.2.5条计算;

υ——铝合金材料的泊松比, υ=0.3;

b ——板件净宽,应按图5.2 .2采用;

t ——板件厚度.

5.2.5受压板件局部稳定系数可按下列公式计算:

1.加劲板件（双侧有腹板的翼板）：

当1≥ψ＞0时；（图5.2.5a、图5.2.5b）

k=8.2/(ψ+1.05) (5.2.5-1)

图5.2.5a 图5.2.5a

当0＞ψ≥-1时； k= 7.81-6.29ψ+9.78ψ2 (5.2.5-2) 腹板受弯（图5.2.5c）、压弯（图5.2.5d）

图5.2.5c 图5.2.5d 图5.2.5e

当ψ＜-1时;

k=5.98 (1-ψ)2 (5.2.5-3)

腹板拉弯（图5.2.5e）

（GB50018 注：当ψ＜-1时，以上各式的k值按ψ=-1的值采用。）

式中：ψ——压应力分布不均匀系数，ψ=σm i n /σm a X ；

σm a X——受压板件边缘最大压应力（N/mm2），取正值；

σm i n——受压板件另一边缘的应力（N/mm2），取压应力为正，拉应力为负。

2.非加劲板件（一侧自由挑出的翼板）：

1）最大压应力作用于支承边：

当1≥ψ＞0时：（图5.2.5f、图5.2.5g）

0.578

k= ————（5.2.5-4）

ψ+0.34

图5.2.5f 图5.2.5g 当0≥ψ＞-1时：（图5.2.5h）

k=1.7-5ψ+17.1ψ2 （5.2.5-5）

1）最大压应力作用于自由边：

当1＞ψ≥-1（1≥ψ≥-1）时：（图5.2.5i、图5.2.5j）

k=0.425 （5.2.5-6）

图5.2.5h 图5.2.5ji 图5.2.5j

（GB50018 注：当ψ＜-1时，以上各式的k值按ψ=-1的值采用。）

条文说明5.2.4、5.2.5受压板件局部稳定系数计算公式参考了《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018和《欧洲钢结构设计规范》EC3。需要指出的是：涉及到如何考虑应力梯度对不均匀受压板件有效厚度的影响时，本规范与欧规及英规的处理方法略有差异。本规范采用以压应力分布不均匀系数ψ计算屈曲系数κ的方法；而在欧规及英规中采用以压应力分布不均匀系数ψ计算换算宽厚比的方法，两种方法只是在公式表达上有所不同，本质上仍是一致的。

5.2.6 均匀受压的边缘加劲（肋）板件、中间加劲（肋）板件的弹性临界应力应按下式计算：

ηk0π2E

σcr= ————————（5.2.6-1）

12（1-υ2）（b/t）2

式中 k0 ——均匀受压板件局部稳定系数；对于边缘加颈板件，k0=0.425；对于中间加劲板件k0=4；

η——加劲肋修正系数，用于考虑加劲肋对被加劲板件抵抗局部屈曲（或畸变弯曲）的有利影响，应按下式计算：

1 对于边缘加劲（肋）板件：

η=1+0.1（c/t-1）2 （5.2.6-2）

2 对于有一个等间距中间加劲肋的中间加劲板件：

（c/t-1）2

η=1+2.5————（5.2.6-3）

b/t

3 对于有两个等间距中间加劲肋的中间加劲板件：

（c/t-1）2

η=1+4.5————（5.2.6-4）

b/t

式中 t ——加劲肋所在板件的厚度，也即加劲肋的等效厚度；

c ——加劲肋等效高度；等效的原则是：加劲肋对其所在板件中平面的截面惯性距与等效后的截面惯性距相等，如图5.2.6所示，虚线表示等效加劲肋。

4 对于有两道以上中间加劲肋的中间加劲板件，宜保留最外侧两道加劲肋，并忽略其余加劲肋的加劲作用，按有两道加劲肋的情况计算。

5对于其它带不规则加劲肋的复杂加劲板件：

σ cr 0.8

η=—— (5.2.6-5)

σ cr0

式中σ cr ——假定加劲边简支情况下，该复杂加劲板件的临界屈曲应力；宜按有限元法或有限条法计算。

σ cr0 ——假定加劲边简支情况下，不考虑加劲肋作用，同样尺寸的加劲板件的临界屈曲应力。可按公式（5.2.6-1）计算，并取η=1.0。

5.2.7 不均匀受压的边缘加劲板件、中间加劲板件及其他带不规则加劲肋的复杂加劲板件，其临界屈曲应力σ cr0宜按有限元法计算，计算中可不考虑相邻板件的约束作用，按加劲边简支情况处理，如图5.2.7所示。当缺乏计算依据时，可忽略加劲肋的加劲作用，按不均匀受压板件由第5.2.4条和5.2.5条计算其临界屈曲应力σ cr，再由第5.2.3条计算板件的有效厚度，但截面中加劲部分的有效厚度应取板件的有效厚度和对加劲部分按非加劲板件单独计算的有效厚度中的较小值。