蒙皮效应-结构设计资料分享-筑龙结构设计论坛

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yaoguobin

发表于2006-02-08 | 只看该作者

楼

2

3 蒙皮效应的作用
满足以上条件，蒙皮效应可以用来传递板平面内的水平力，在设计中加以利用，蒙皮效应的作用如下：
1）在门式刚架中的屋面板用于抵抗山墙抗风柱传来的水平荷载，将其传递至檐口处，再通过墙面蒙皮效应或支撑传至基础。
2）门式刚架中山墙面，利用墙板抗剪蒙皮作用后，可将山墙面框架设计成排架且不加柱间支撑(墙面开洞面积过大则除外)。
3）在竖向重力作用下，屋面檩条会产生侧弯曲和扭转变形，通过连接在檩条上的板，将消除此变位，面板蒙皮效应将其剪力传至檩条与屋面梁连接处，再通过檩条与屋面梁连接件传至各个屋面梁上。
4）板平面内有足够刚度可对檩条上翼缘形成侧向约束，减少了檩条的稳定计算长度，大大提高了檩条的稳定承载能力。
5）屋面蒙皮使各个平面刚架连成整体空间结构，减少刚架侧移。当檐口较高，由柱顶侧移控制结构计算时，可带来经济效益。
总之，蒙皮效应使得各平面的刚架组合在一起，形成了具有空间刚度的和稳定的建筑，可取代或部分取代屋盖系统支撑间的纵向系杆，可减少屋面的横向水平支撑，有很好的经济效益；将山墙框架设计成全部简支的小排架，且不设柱间支撑，对于边墙，如果门窗开洞数量多，使蒙皮效应大大减弱，此时，可全部由柱间支撑抵抗纵向水平荷载；可省去檩条上翼缘拉条系统的设置，带来一定经济效益；在檐口较高、由刚架侧移控制设计时，可减小刚架侧移，从而减少用钢量。

在垂直荷载作用下，坡顶门式刚架的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形。屋面板将与支撑檩条一起以深梁的形式来抵抗这一变形趋势。这时，屋面板承受剪力，起深梁的腹板的作用。而边缘檩条承受轴力起深梁翼缘的作用。显然，屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力。所以，蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应[26][28][29]。对于坡顶门式刚架，抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度，坡度越大蒙皮效应越显著；而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加。
构成整个结构蒙皮效应的是蒙皮单元。蒙皮单元由两榀刚架之间的蒙皮板、边缘构件和连接件及中间构件组成，如图2-6所示。边缘构件是指两相邻的刚架梁和边檩条（屋脊和屋檐檩条），中间构件是指中间部位檩条。
蒙皮效应的主要性能指标是强度和刚度。蒙皮单元有以下三种强度破坏的可能性：
1．边缘构件破坏
边缘构件可能产生压弯失稳破坏或强度破坏，这类破坏属于脆性破坏，在实际工程中应尽量避免。
2．蒙皮板的剪切屈曲
这也是一种脆性破坏，当荷载较大、钢板较薄或板型较差时可能发生，在实际工程中也应尽量避免。
3．连接破坏
连接破坏包括板之间的连接破坏和板与边缘构件间的连接破坏。板与檩条之间的连接在平行于檩条方向的破坏属于脆性破坏，其他破坏都属于延性破坏。
影响蒙皮单元刚度的因素主要有以下三个：
1．蒙皮板本身的变形刚度
蒙皮板的变形包括板的拱褶扭曲变形（所谓的“手风琴”效应）和剪切变形。
2．连接件的变形刚度
3．边缘构件的轴向变形刚度
一般而言，中间构件对蒙皮单元的剪切刚度影响不大，但对强度影响较大。在屋面板型选中后，连接件和边缘构件直接影响了蒙皮单元的抗剪刚度和强度。
由于蒙皮效应，实际轻型钢结构建筑中，压型钢板在宏观上参与了受力，为刚架构件分担了一部分外荷载，同时在有良好连接的情况下为这些构件提供了很好的侧向约束和扭转约束，改善了结构的受力条件。特别对于受稳定控制的薄壁刚架构件和檩条构件，蒙皮效应尤为显著。然而，由于蒙皮效应的机理和作用条件及效果十分复杂，在实际工程设计中定量地应用蒙皮效应还有一定困难。所以，现行设计规程没有明确给出利用蒙皮效应的条款，所有设计计算公式都忽略了蒙皮效应，只是规定在有充分依据的条件下可以考虑蒙皮效应。然而，必须注意的是，设计中无论我们是否考虑蒙皮效应，蒙皮效应客观上都是存在的。例如，现行轻型钢结构设计规程对水平位移的限制是很宽的，但实际上结构的实测值总是远小于计算值；而实际工程中也发生过屋面压型钢板在正常工作荷载下率先发生破坏的工程事故。所以，忽略蒙皮效应的设计方法有时能得到偏于安全的结果，有时又恰恰相反。考虑蒙皮效应的设计方法并不仅仅具有经济上的意义，更重要的是可以使结构的设计工作状态与实际工作状态更加一致。

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