李碩

華北水利水電大學(xué)（450045）

輕型鋼結(jié)構(gòu)蒙皮效應(yīng)的應(yīng)用分析

李碩

華北水利水電大學(xué)（450045）

這里主要介紹了蒙皮效應(yīng)的相關(guān)概念，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外蒙皮效應(yīng)應(yīng)用的發(fā)展研究，分析了國(guó)內(nèi)在蒙皮應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展滯后的相關(guān)因素，提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)措施，具有一定的現(xiàn)實(shí)與經(jīng)濟(jì)意義。

輕鋼結(jié)構(gòu)；蒙皮效應(yīng)；應(yīng)用分析

輕型鋼結(jié)構(gòu)通常由組合蒙皮板和主體框架組成。在目前應(yīng)用比較廣泛的輕鋼及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，壓型鋼板以其輕巧、高強(qiáng)度、美觀、安裝便捷等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，不僅用于工業(yè)廠房等很多工業(yè)建筑，而且很多民用建筑也用它作屋面板和墻板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

1 蒙皮效應(yīng)的概念及其工作原理

蒙皮效應(yīng)是指在建筑物的表面覆蓋材料(屋面板和墻板)，利用覆蓋材料自身的剛度和強(qiáng)度對(duì)建筑物整體剛度進(jìn)行加強(qiáng)。蒙皮效應(yīng)的原理：圍護(hù)板與檁條、板與板之間通過(guò)緊固件連接起來(lái),形成了以檁條作為其肋的一系列隔板，這種板在平面內(nèi)具有相當(dāng)大的剛度，類(lèi)似于薄壁深梁中的腹板，檁條類(lèi)似于薄壁深梁中的加勁肋，板的四周連接墻梁或檁條類(lèi)似于薄壁深梁中的翼緣。這種構(gòu)造具有蒙皮效應(yīng)的功能，可以用來(lái)傳遞板平面內(nèi)的剪力，承受板平面內(nèi)的各種荷載作用。

根據(jù)蒙皮效應(yīng)的工作原理，蒙皮構(gòu)造必須滿足以下條件：

板的周邊與墻梁或檁條固定連接；

四周的構(gòu)件與板的連接強(qiáng)度須能夠傳遞板平面內(nèi)和平面外的荷載；

蒙皮面板的抗剪承載能力取決于板的材性、板型、板厚、檁條剛度與間距、連接構(gòu)造與自攻螺釘?shù)膹?qiáng)度和布置密度等。

2 蒙皮效應(yīng)的研究狀況

從20世紀(jì)50年代國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)了建筑中圍護(hù)體系的蒙皮效應(yīng)后，國(guó)內(nèi)外許多的專(zhuān)家學(xué)者就開(kāi)始對(duì)蒙皮問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的研究。

2.1 國(guó)外研究狀況

1955年,美國(guó)康奈爾大學(xué)的Winte對(duì)不同板型、板跨的50多個(gè)足尺蒙皮體進(jìn)行了蒙皮性能試驗(yàn)，研究板型、板跨等參數(shù)變化對(duì)蒙皮性能的影響，試驗(yàn)為以后的研究提供了大量數(shù)據(jù)，為受力蒙皮問(wèn)題的研究及應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

美國(guó)Luttrell對(duì)焊接連接和螺釘連接的受力蒙皮進(jìn)行了大量試驗(yàn)，提出了估算受力蒙皮剛度的半經(jīng)驗(yàn)公式。

1968年，Bryan在大量試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，提出了蒙皮剪切柔度和剪切剛度的計(jì)算方法和公式。

2.2 國(guó)內(nèi)研究狀況

我國(guó)在這方面的研究比較晚。近二三十年來(lái)，隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)，壓型鋼板及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以壓型鋼板作為圍護(hù)體系的鋼結(jié)構(gòu)建筑逐漸得到了推廣，這為我國(guó)對(duì)于壓型鋼板應(yīng)力蒙皮效應(yīng)的研究提供了基礎(chǔ)。

1985年，哈爾濱建筑工程學(xué)院張耀春教授對(duì)V-115壓型鋼板進(jìn)行了蒙皮基本性能試驗(yàn)研究。1987年,在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范管理組的支持下,成立了冷彎型鋼蒙皮結(jié)構(gòu)研究課題組，分別在哈爾濱建筑工程學(xué)院、南京建筑工程學(xué)院、重慶建筑工程學(xué)院和冶金部建筑研究總院開(kāi)展試驗(yàn)研究工作。

張耀春教授的科研團(tuán)隊(duì)陸續(xù)對(duì)蒙皮效應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了一系列的研究，研究了自攻螺釘連接的受力蒙皮組合體的平面抗剪性能，進(jìn)行了大小尺寸試件的對(duì)比試驗(yàn)，提出了非對(duì)稱(chēng)受力模型概念，并給出了強(qiáng)度和剛度的簡(jiǎn)化公式。武振宇等采用懸臂梁試驗(yàn)對(duì)多跨檁條的蒙皮體性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究檁條數(shù)量對(duì)蒙皮體抗剪強(qiáng)度的影響，提出了分析邊部板件應(yīng)建立非對(duì)稱(chēng)受力模型的建議[1]。

3 蒙皮效應(yīng)在工程中的應(yīng)用

近幾十年來(lái)，各發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼出版了自己的蒙皮設(shè)計(jì)規(guī)程，在許多工程實(shí)踐中蒙皮設(shè)計(jì)都得到了成功的應(yīng)用。

我國(guó)在蒙皮效應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域雖然起步較晚，但也有一些具有參考價(jià)值的工程應(yīng)用,如我國(guó)于1974年在鞍鋼1 700 m2軋機(jī)工程中首次采用壓型鋼板作為廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)；東南大學(xué)和南京市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的南京市圖書(shū)新館鋼屋蓋桁架,跨度為64 m，桁架上、下弦軸線高度僅1.1 m。

4 國(guó)內(nèi)在蒙皮效應(yīng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

我國(guó)在蒙皮效應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域的研究開(kāi)展較晚，相關(guān)的規(guī)范制定還不成熟，維護(hù)體系蒙皮效應(yīng)的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)緩慢，主要有下列原因[2]：

目前，國(guó)內(nèi)很多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)蒙皮效應(yīng)的應(yīng)用研究只限于理論上的理解，對(duì)于蒙皮效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)理念、施工技術(shù)、使用維護(hù)等沒(méi)有具體的操作方法和技術(shù)。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)師一致認(rèn)為，蒙皮效應(yīng)是不能量化的，只能是結(jié)構(gòu)偏安全的一種考慮，雖然認(rèn)為蒙皮效應(yīng)是存在的，但在計(jì)算中不能考慮其對(duì)柱平面外的有利作用，現(xiàn)在無(wú)法考慮蒙皮能起多大的作用，結(jié)構(gòu)還是相對(duì)安全點(diǎn)好。這一保守觀點(diǎn)，限制了蒙皮效應(yīng)在輕型鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作與實(shí)際工作狀態(tài)不一致。

目前,常見(jiàn)的壓型鋼板厚度為：0.75 mm、0.9 mm、1.2 mm幾種，國(guó)內(nèi)能夠加工的最大厚度為1.5 mm。國(guó)內(nèi)的冷彎C型鋼，壁厚一般在3 mm以上。壁厚越小，單價(jià)越高，特別是壁厚小于1.5 mm的鍍鋅冷彎薄壁型鋼大部分依靠進(jìn)口，這樣材料成本增加,不利于輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，更不利于蒙皮效應(yīng)的應(yīng)用。

相關(guān)研究的組織性、系統(tǒng)性不強(qiáng)。一部分研究人員的研究目的并非是推廣蒙皮效應(yīng)的應(yīng)用，而是為了申請(qǐng)職稱(chēng)或?qū)W位，此類(lèi)型的研究沒(méi)有深入性和后繼性，而且缺乏系統(tǒng)性。沒(méi)有一個(gè)相應(yīng)的權(quán)威機(jī)構(gòu)或組織對(duì)該方面的試驗(yàn)研究和理論研究進(jìn)行支持和組織。

5 結(jié)語(yǔ)

輕型鋼結(jié)構(gòu)蒙皮效應(yīng)是值得結(jié)構(gòu)工程界及廣大結(jié)構(gòu)工程師注意的一個(gè)很重要的問(wèn)題。在我國(guó)，鋼結(jié)構(gòu)蒙皮效應(yīng)研究無(wú)論在理論方面還是試驗(yàn)方面都不夠成熟,運(yùn)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐更是缺乏規(guī)范依據(jù)。近二三十年來(lái)，我國(guó)研究人員在充分借鑒國(guó)外較為成熟的研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的維護(hù)結(jié)構(gòu)材料開(kāi)展了大量富有成效的試驗(yàn)與理論分析工作，為應(yīng)力蒙皮效應(yīng)的設(shè)計(jì)方法盡快引入工程的具體設(shè)計(jì)實(shí)踐奠定了一定的學(xué)術(shù)研究基礎(chǔ),但其中仍存在很多的不足，有關(guān)方面尚需完善。

[1]張新中,殷曉三,祁術(shù)洪.蒙皮效應(yīng)在輕鋼建筑中的應(yīng)用分析[J].深圳土木與建筑,2009(3).

[2]何剡江.蒙皮效應(yīng)在輕鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué),2007.