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拱形波纹钢屋盖内拉增强方案与承载力提升

拱形屋面厂家 2019-04-07 16:13:20 工程案例 3722 ℃ 0 评论

拱形波纹钢屋盖是一种冷弯薄壁空间钢结构,具有自重轻、室内空间大、造型优美、防水性能好等优势。但在高风压或重雪荷载地区(如新疆),其结构刚度和承载力的局限成为工程应用的瓶颈。江苏杰达钢结构针对这一问题,研发了内拉增强方案,显著提升了拱形屋盖的受力性能。

拱形波纹钢屋盖有什么特点?

拱形波纹钢屋盖(Arched Corrugated Steel Roof)是一种典型的薄壁空间钢结构:

  • 自重轻,室内空间大
  • 造型优美,施工周期短
  • 防水性能好
  • 集受力、维护功能于一身
  • 波纹拱拱形结构在国外已有一百多年应用历史
  • 自90年代初引进中国以来,广泛应用于厂房、仓库、室内体育场馆、飞机库等中小跨度结构
  • 建筑面积应用领域不断拓展,连续增长

拱形波纹钢屋盖存在什么弱点?

在实际应用中,拱形波纹钢屋盖存在以下问题需要解决:

  • 结构刚度低,在较大荷载作用下产生的位移可能超出容许范围,影响美观和使用
  • 结构承载力不高,在大雪或大风荷载作用时易发生整体失稳
  • 结构适用跨度不大,根据《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》(CECS167:2004),这种结构形式的适用跨度为30m以内

如何解决拱形屋盖在高风压地区的承载力问题?

江苏杰达钢结构针对上述问题,提出了内拉增强方案。在波纹拱内侧加设钢丝绳拉索,构成预应力增强体系,可以有效提升整体刚度和承载能力。

内拉增强方案的具体做法

以常用的MMR-238截面为例,增强方案的要点为:

  • 在波纹拱内侧加设拉索
  • 拉索支点位置:距支座1/5L且高度为矢高的1/4处
  • 从支点辐射出两根拉索连接于相隔一个波纹单拱的上翼缘
  • 与上翼缘连接的位置为波纹拱跨度的1/6处
  • 在拉索中部用花篮螺栓施加预紧力
  • 形成空间整体预应力结构体系

拱形屋顶安装

内拉增强方法如何改善结构受力?

施加预紧力后的拉索能承受较大拉力,对结构受力产生以下改善:

全跨荷载工况

施加预紧力的拉索能有效限制了波纹拱两端由于负弯矩而产生的向上拱起的挠曲变形,显著降低结构位移。

半跨荷载工况

拉索在加载半跨区对波纹拱下陷有一定的抑制作用,同时在非加载半跨区域,有效地阻止了波纹拱向上的挠曲变形。

拱形屋顶

内拉增强方案的效果如何?

通过有限元分析(采用Abaqus 6.4软件)的研究表明:

  • 增强前后的极限承载力和刚度差异显著
  • 内拉式增强方法在全跨或半跨荷载作用下均能改善结构的整体受力性能
  • 有效提高了结构的整体刚度和承载能力
  • 适用于高风压或重雪荷载地区(如新疆)的拱形屋盖工程

常见问题解答

为什么要在拱形屋盖内侧加拉索而不是在外侧?

内侧拉索与拱形结构的受力方式相辅相成。拱形结构本身受压,内侧拉索通过预紧力提供拉力支撑,能更有效地控制变形。外侧拉索反而会增加结构的复杂性且效果较差。

拉索的预紧力如何确定?

预紧力大小需要根据结构跨度、荷载工况、材料性能等因素,通过有限元计算确定,确保既能有效增强承载力,又不会过度加载拉索和支点。

这种增强方法是否会影响拱形屋盖的美观性?

拉索位于屋顶内侧,不会影响外观美观。对于需要内部视觉清爽的场所,可以通过保温层或吊顶进行隐藏。

小结

拱形波纹钢屋盖内拉增强方案是解决高风压地区结构刚度不足的有效办法。江苏杰达钢结构通过引入预应力拉索技术,在不改变屋盖基本形状和材料成本大幅增加的情况下,显著提升了结构的承载能力和刚度,使拱形屋盖结构能够安全应用于更多复杂的工程环境,为客户提供经济可靠的钢结构解决方案。

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