拱形波纹钢屋盖结构的特点


拱形波纹钢屋盖结构在国外已有一百多年的应用历史,我国自90年代初开始应用。

由于其具有用料省、施工速度快、跨越能力大、防水性能好、造价低等优点,很适合我国国情,因此在短短十余年间,这种结构在我国已完成了从无到有,到大量应用的发展历程。据不完全统计,目前国内已有这种结构的施工单位100多家,已完成建筑面积400多万平方米。

与这种结构发展形势很不协调的是对这种结构的技术管理滞后,长期以来,世界上尚无这种结构明确的设计方法,更没有可供操作使用的专用技术标准。在我国,这种结构对大多数工程技术人员及管理人员来说都是全新的,再加上缺乏规程等技术支持,因此在过去的推广应用过程中暴露出了很多问题:设计无章可循,结构参数由施工单位根据经验确定,使得工程安全性难以保证;工程验收无据可依,全凭施工单位提供的技术资料,使得工程质量难以保证。从1997年至今,国内已发生了多起屋盖坍塌的恶性工程事故,不仅造成了巨大的财产损失,而且妨碍了这种结构的推广普及。

为了规范拱形波纹钢屋盖结构的建筑市场,确保这种结构的健康发展,1998年9月中国工程建设标准化协会下达了协会标准《金属拱形波纹屋盖结构技术规程》的编制计划。在协会轻型钢结构委员会CECS/TC28主持下,经主编单位天津大学和各参编单位近5年的辛勤工作,最终完成了编制任务。规程于2004年12月批准,于2005年2月1日开始实施,编号为CECS167:2004。

《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》CECS167:2004(以下简称《规程》)是世界上第一本拱形波纹钢屋盖结构的专用规程。该规程在吸收国内外有关科研成果、总结成熟的实践和使用经验的基础上,不仅规定了拱形波纹钢屋盖结构的材料、制作、安装及使用等技术要求,而且提出了一套切实可行的结构设计方法。为更好地理解和应用《规程》,本文将从材料、结构设计方法、工程质量控制等方面介绍《规程》的主要特点。

我国的拱形波纹钢屋盖结构是从国外引进的,这种结构在国外没有统一的名称。各种英文名称侧重点不同,都有偏驳之处,直译成中文后也形成了多种叫法:“金属拱形波纹屋盖”、“压型钢板拱”、“冷弯褶皱薄壁拱壳”等。本规程中定名为“拱形波纹钢屋盖结构”。随着《规程》的颁布实施将在国内统一对结构的叫法,这对规范市场很有意义。

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另外,根据构件横截面的形状,市场上又将这种结构划分为不同类型。目前国内外广泛采用的板型是美国MIC公司开发的MIC-X系列,主要有MIC-120型、MIC-160型和MIC-240型;北京银河金属结构工程有限责任公司开发的MMR-118、MMR-178、MMR-238型,以及武汉钢铁集团开发的W666型、营口三星公司的W760型等板型。上述板型的命名规则很不统一,难以为设计人员理解和选用,因此《规程》根据现行行业标准《城镇建设和建筑工业产品型号编制规则》的规定,将这种结构的板型统一命名为YJxxxx型和YTxxxx型,YJ和YT为产品的名称代号,其中Y表示压型单元板、J表示矩形槽截面、T表示梯形槽截面,名称中的xxxx代表四位数字,前两位数代表单元板的上槽口宽度,后两位数代表槽深。如YT6118表示上槽口宽61cm、槽深18cm的梯形槽压型单元板,该板型与目前市场上的MIC-240和MMR-238板型相当。

按照《规程》术语规定,拱形波纹钢屋盖结构是用专门的成型机组将彩涂钢板压制成具有褶皱波纹的弧形钢槽板,经锁缝连接并安装就位而形成的屋盖结构。受构件成型工艺及机械加工能力的限制,这种结构的截面形式单一,所用钢板的厚度也不能根据需要而随意加大。理论分析和工程实践表明,对于目前国内常用的几种板型,在加工能力许可的钢板厚度范围内,在跨度较大时结构承载力(尤其是半跨荷载作用下)比较低。因此,本《规程》规定这种结构适宜的跨度

为30m以下。另外,现行《建筑结构荷载规范》没有给出开敞式拱形屋盖的风荷载体型系数,所以开敞式建筑中的拱形波纹钢屋盖结构不在本《规程》的适用范围之内。

由于拱形波纹钢屋盖结构是一种薄壁钢结构,对集中荷载、动荷载反应敏感,对使用环境等也有特殊要求,所以本《规程》不适用于强腐蚀、相对湿度长期较高和高温等环境中的建筑,以及直接承受动力作用的建筑。


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