铝合金结构设计规范在幕墙工程中的应用(张芹)

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国家标准《铝合金结构设计规范》在幕墙工程中的应用
GB50429《铝合金结构设计规范》2008年3月1日实施,幕墙铝合金结构应按GB50429《铝合金结构设计规范》执行,JGJ133原计划按GB50429《铝合金结构设计规范》修订,并作深化、细化,由于四川大地震,主编单位全力参加抗震,审查(发布)推迟。如果幕墙设计单位能全面掌握GB50429《铝合金结构设计规范》,完全可按GB50429《铝合金结构设计规范》设计,如果不能全面掌握GB50429《铝合金结构设计规范》,仍可按JGJ102-2003设计,因为两者可靠度是基本相同的,仅是表述的方法有差异。但一个设计只能按一种规范,不能混合使用。在JGJ133按GB50429《铝合金结构设计规范》修订,并作深化、细化前,提出以下意见供参考。
两种规范计算方法列表如下:
JGJ102-2003采用双系数法(荷载分项系数、材料性能分项系数,材料性能分项系数即GB50429中抗力
分项系数)总安全系数K取为1.8 材料性能分项系数K2=1.8/1.4(荷载分项系数)=1.286 f a=f0.2/1.286 例如6063T5 f0.2=110N/mm 2 f a=110/1.286=85.5 N/mm 2    1.05×85.5=89.775 90/89.775=1.0025
计算中两种规范有三点不同:
剥线第一.塑性发展系数。在JGJ102-2003中,规定所有的塑性发展系数均为1.05;而在GB50429-2007中
根据材料的强弱硬化的性质以及截面的类型具体的进行了规定(1.0、1.05);
第二.有效厚度法的应用。GB50429-2007通过宽厚比的条件判定是否使用有效厚度的方法计算截面性质。JGJ102-2003规定最小壁厚和宽厚比,直接判断宽厚比是否要求;
第三.铝合金强度设计值的不同。GB50429-2007基于大量铝合金的统计数据,根据可靠度理论计算推
导了铝合金材料的强度设计值。这一设计值稍高于JGJ102-2003规定的铝合金强度设计值。
GB50429
2 术语和符号
2.1.8弱硬化Weak hardening
状态为T6的铝合金材料为弱硬化合金(铝合金材料强屈比f u/f0.2≤1.2时为弱硬化合金)。
2.1.9强硬化strong hardening
状态为除T6以外的其他铝合金材料为强硬化合金(铝合金材料强屈比f u/f0.2>1.2时为强硬化合金)。
2.1.10有效厚度effective thickness
考虑受压板件屈曲后强度以及焊接热影响区效应对构件承载力进行计算时,板件的折减计算厚度。
1.1.11加劲板件
两纵边均与其他板件相连的板件。
2.1.12非加劲板件unstiffened elements
一纵边与其他板件相连,另一纵边为自由的板件。
2.1.13边缘加劲板件edge stiffened elements
一纵边与其他板件相连,另一纵边由符合要求的边缘卷边加劲的板件
2.1.14中间加劲板件intermediate stiffened elements
中间加劲板件是指带中间加劲肋的加劲板件
2.1.15子板件sub-elements
子板件是指一纵边与其他板件相连,另一纵边与中间加劲肋相连或两纵边均与中间加劲肋相连的板件.
2.1.16腹板屈曲后强度post-buckling strength of web plates
腹板屈曲后尚能继续保持承受荷载的能力.
2.1.17整体稳定overall stability
在外荷载作用下,对整个结构或构件能否发生屈曲或失稳的评估
补充(GB50018)
2.1.5均匀受压板件uniformly compressed elements
承受轴心均匀压力作用的板件。
2.1.6非均匀受压板件uniformly non-compressed elements
承受线性非均匀分布应力作用的板件。
1 矩形管(翼板加劲板件) 2矩形管(翼板加劲板件)    3 槽型(翼板非加劲板件) 4槽型(翼板加劲板件) 5工字型(翼板非加劲板件)
下一列为中间带加劲肋下一列为边缘带加劲肋
1为翼板2为腹板(假定为竖向作用)
4基本设计规定
4.1 设计原则
4.1.1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数设计表达式进行计算。
条文说明4.1.1遵照《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068,本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数设计表达式计算(双系数法)。对于铝合金结构的疲劳计算,本规范不予考虑。
4.1.2 在铝合金结构设计文件中,应注明建筑结构的安全等级、设计使用年限、铝合金材料牌号及供货状态、连接材料的型号和对铝合金材料所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。
条文说明4.1.2本条提出的在设计文件中应注明的内容,是与保证工程质量密切相关的。
4.1.3 铝合金结构应按下列承载能力极限状态和正常使用状态进行设计:
1.承载能力极限状态包括:构件和连接的强度破坏和因过度变形而不适于继续承载,结构和构件丧失稳定,结构转变为机动体系和结构倾覆。
2.正常使用极限状态包括:影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动,影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
条文说明4.1.3承载能力极限状态可理解为结构或构件发挥允许的最大承载功能的状态。正常使用极限状态可理解为结构或构件达到使用功能上允许的某个限值状态。
4.1.4 按承载能力极限状态设计铝合金结构时,应考虑荷载效应的基本组合,必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。按按正常使用极限状态设计铝合金结构时,应考虑荷载效应的标准组合。
条文说明4.1.4荷载效应的组合原则是根据《建筑结构可靠度统一标准》GB50068的规定,结合铝合金结构的特点提出的。对荷载效应的偶然组合,统一标准只作出原则性的规定,具体的设计表达式及各种系数应符合专门规范的有关规定。对于正常使用极限状态,铝合金结构一般只考虑荷载效应的标准组合,当有可靠依据和实践经验时,亦可考虑荷载效应的频遇组合,当考虑长期效应时,可采用准永久组合。
4.1.5 铝合金结构的计算模型和基本假定应尽量与构件连接的实际性能相符合。
4.1.6 铝合金结构正常使用环境温度应低于100C0。
条文说明4.1.6铝合金材料具有优良的负温工作性能,在低温条件下其强度及延性均有所提高,所以不必规定铝合金结构的负温临界工作温度。但铝合金耐高温性能差,1500以上时速丧失强度,这也是可以通过挤压工艺生产型材的主要原因。文献《铝及铝合金材料手册》(武恭等编,科学出版社,1994)给出了常用建筑型材6063-T6和6061-T6合金在不同温度下的典型抗拉力学性能,见表3所示:
4.2 荷载和荷载效应计算阳光房天窗
4.2.1设计铝合金结构时应考虑永久荷载、可变荷载、支承结构的变形和或沉降、施工荷载、检修荷载等及地震作用、温度变化作用。
条文说明4.2.1国内外目前对铝合金结构抗震设计的研究还不深入,铝合金抗震设计时,对幕墙结构可以按照现行有关国家行业标准的规定执行;对其他结构,抗震设计参数可以按照现行抗震规范中的钢结构的有关参数取用。
4.2.2设计铝合金结构时,荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。
结构的重要性系数γ0应按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068的规定采用,其中设计年限为25年的结构构件,γ0不应小于0.95。
4.2.3框架结构中,梁与柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱间交角不变的假定,同时连接应具有充分的强度,承受交汇构件端部传递的所有最不利内力。梁和柱铰接时,应使连接具有充分的转动能力,且能有效地传递横向剪力与轴向力。梁与柱的半刚性连接只有有限的转动刚度,在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化,在内力分析时,必须预先确定连接的弯矩—转角特性曲线,以便考虑连接变形的影响。
条文说明4.2.3梁柱连接一般采用刚性和铰接连接。半刚性连接的弯矩—转角关系较为复杂,它随连接形式、构造细节的不同而异。进行结构设计时,这种连接形式的实验数据或设计资料必须足以提供为准确的弯矩—转角关系。
4.2.4框架结构内力分析宜符合下列规定:
1.框架结构内力分析可采用—阶弹性分析。
2.对(ΣN·Δu)/(ΣH·h)>0.1的框架结构宜采用二阶弹性分析,此时应在每层柱顶附加考虑由公式(4.2.4-1)计算的假想水平力H ni 。
H ni=(1/200)k c k s Q i(4.2 .4-1)
式中Δu——按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移;
h——所计算楼层的高度;
ΣN——所计算楼层各柱轴心压力设计值之和;
ΣH——产生层间侧移Δu的所计算楼层及以上各层的水平力之和;
马达驱动Q i——第i层的总重力荷载设计值;
狗扣
k s =(0.5+1/n s)1/2 k s≤1 ;n s ——框架总层数;
k c=(0.5+1/n c) 1/2k c≤1 ;n c ——第i层内柱的数目。
对无支撑的框架结构,当采用二阶弹性分析时,各杆件杆端的弯矩MⅡ可用下列近似公式进行计算:MⅡ= M Ib+α2i M Is(4.2..4-2)
α2i =1/[1-(ΣN·Δu)/( ΣH·h)] (4.2..4-3)
式中M Ib——假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
M Is——框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩;
α2i——考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数。
注:当按公式(4.2.4-3)计算α2I≥1.33时,宜增加框架结构的刚度。
条文说明4.2.4一阶分析是针对未变形的结构进行平衡分析,不考虑变形对外力效应的影响。在分析结构内力以进行强度计算时,除数特殊结构外,按一阶分析通常可以获得足够精确的结果。二阶效应是
指结构变形对力的效应,如结构水平位移对竖向力的效应P—Δ,杆件挠度对轴力作用的`效应P—δ,杆件伸长或缩短产生的效应,弯曲使弦长减小的效应以及初始弯曲、初始倾斜产生的效应等。结构的变形将会在结构中引起附加内力。而附加内力的产生将会导致进一步的附加变形,如此往复。考虑二阶效应的方法是用二阶分析考虑变形对外力效应的影响,针对已变形的结构来进行平衡分析。铝合金框架结构的精确分析应考虑二阶效应。
对于侧移不是很大的框架或者计算精度要求不是很高的框架,其内力计算均可采用一阶弹性分析的方法。一阶弹性计算的结果对于一般的结构足够精确。2dj
对于侧移很大的框架或者计算精度要求很高的框架,其内力计算均可采用二阶弹性分析的方法。
本条对铝合金框架结构的内力分析方法作出了具体规定,即所有框架结构(不论有无支撑结构)均可采用一阶弹性分析方法计算框架杆件的内力,但对于(ΣN·Δu)/(ΣH·h)≥0.1的框架结构则推荐采用二阶弹性分析确定,以提高计算精度。
投篮训练器当采用二阶弹性分析时,为配合计算精度,不论是精确计算或近似计算,亦不论有无支撑结构,均应考虑结构和构件的各种缺陷(如柱子的初倾斜、初偏心和残余应力等)对内力的影响。其影响程度可通过在框架每层柱的柱顶作用有附加的假想水平力(概念荷载)H ni来综合体现,见下面图示1。

本文发布于:2023-06-02 22:45:36,感谢您对本站的认可!

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