波纹腹板钢结构试设计报告

波纹腹板钢结构试设计报告

上海欧本钢结构有限公司唐鹏陈明

[摘要] 波纹腹板H型钢作为新的钢结构构件，构件的设计和施工技术还处于开发阶段，为掌握波纹腹板的受力性能与工程，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为抗弯承载力试验、轴心受压试验、抗剪试验、疲劳试验等，结合试验结果和工程实际，提出波纹腹板构件在工程实际中的设计与施工要点，并介绍试点工程中波纹腹板结构在工程中的应用概况，以供工程应用参考。

上海欧本钢结构有限公司参与同济大学“波纹腹板钢结构技术规程”的编制，配合了数十组的实验研究，并在自己所承担工程中进行了项目的试设计。目前，已经试设计并施工的项目主要有以下几个：

1、宁波普洛斯物流仓库：32000平米，全部屋面梁，局部的楼层梁采用波纹腹板H型钢；

2、苏州普杰无纺布厂房：6000平米，全部屋面梁和吊车梁采用波纹腹板H型钢；

3、湖北欧本钢结构有限公司厂房：10000平米，全部屋面梁和吊车梁采用波纹腹板H型钢；

4、博茨瓦纳达亨工业园厂房：8000平米，全部屋面梁采用波纹腹板H型钢；

5、特易购物流（浙江）有限公司物流仓库：2000平米楼层梁采用波纹腹板H型钢；

本报告结合上述几个工程，分别对吊车梁、屋面梁、楼层组合梁进行简要的分析，并与如果采用平腹板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。

本报告所提及的波纹，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。波纹腹板主要参数如下：

波高hr=40mm,b=63mm,d=31mm,波长q=188mm

一个波长的展开长度 s=227mm

试设计的情况：

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H1250x3x350(200)x14(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：

x 轴截面惯性矩

I x (cm 4)

x 轴上翼截面抵抗矩W x (cm 3)

x 轴下翼截面抵抗矩W nx1 (cm 3)

y 轴上翼截面抵抗矩W y (cm 3)

193653.601

4542.647 2351.025 316.310 因不考虑腹板贡献，x 轴截面惯性矩比相同截面的平腹板低了20%以上；在不考虑构造设计要求的情况下，x 轴上翼截面抵抗矩比相同截面的平腹板低了24%； b. 强度计算：

双向受弯波纹腹板构件的计算形式与普钢规范有关梁的计算形式基本一致，不同点在于，

x γ、y γ——截面绕强轴和弱轴塑性发展系数，对H 型截面分别取为1.0、1.2，而钢结构规

范的为1.05； c. 稳定计算：

双向受弯波纹腹板构件的稳定计算与平腹板的有较大差别,其主要体现在稳定计算上。

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b y

f ϕ= 式中符号均与普通工形梁相同；

规程认为，波纹腹板梁发生弯扭失稳，其屈曲荷载与构件的扭转刚度与翘曲刚度有关。波纹腹板的梁的扭转惯性矩计算方法与普通工形梁相同，均按下式计算：

()333

1122w w 1.253

t I b t b t h t =

++=456648mm 3 而截面的翘曲常数w I 因腹板为波纹状，其计算

()32

2212w 1233112

w r b b t h h I I I h I I αα=+−++ 与普通工形梁2

21h I I I I y

W =

有较大差异，上述吊车梁断面121096.7x I W =,而相同截面的平腹板的12

1053.7x I W =,比其大了近6%，分别代入稳定系数的计算公式，得出相同截面的钢梁，波纹腹板的稳定系数Ø=0.5291,而普通工形梁的稳定系数为0.476,稳定系数提高了11%，也就意味着波纹腹板的平面外刚度比普通工形梁强。从施工现场反映的情况来看，也的确如此。

上图显示现场地面拼装的钢梁，并没有产生太大的旁弯。 d. 局压验算：

对于文中提出的波形，计算出来的集中荷载沿梁跨度方向的支撑长度均大于腹板波纹长度，规程上最大承压强度：u f w w P t t f γ=,其中15.6c αγγγ=

()f w f w 1cos 2cos 3.821 3.82t t t t αθθγ+≥⎧⎪=⎨

<⎪⎩

, ()1240c c γ=+, 按照上述断面，kN x x x x x P u 3.2721000/3103122083.12945.16.15== 实际集中荷载：F=γc *ψ*μ*P max =1.4×1×1.05×55.4=81.438 kN 局部承压强度比: ξ=F/Pu=81.438/272.3=0.299 kN 而对于普通工形梁的局部承压强度比：

344.0310

)13414550(31000

438.811=++==

x x x x xf xl t F z w ξ

(轨道暂按38kg 计算)

在不考虑局部稳定的前提下，同截面的波纹腹板H 型钢比普通工形梁的局部承压能力提高了13%；

e. 端腹板剪应力计算：

规程规定，上述经过充分试验证明的波形，腹板屈服前不会发生屈曲。在剪力作用下，仅腹板有效，且剪应力均匀分布,而不像普通工形梁的那样呈现中间大两边小的现象。 构件的抗剪承载力为：v w w V f h t ≤=180x(1250-14-8)x3/1000=663.12 kN 端部腹板剪应力强度比: ξ=R/Vu=274.109/663.12=0.413 而普通工形梁在不考虑局部稳定的前提下，其最大剪应力：

kN x x x It VS w 77.823

25494500002309560

1000109.274===

τ 剪应力强度比：517.0160

77

.821==

=

fv

τ

ξ 在不考虑局部稳定的前提下，同截面的波纹腹板H 型钢比普通工形梁的抗剪承载能力提高了20%； f. 构造要求：