冷弯薄壁型钢结构介绍 Introduction of Cold- Formed Thin-Walled Steel Structures 1 一、冷弯薄壁型钢结构和它的应用 Cold-Formed Steel Structures & Its Applications 1. 什么是冷弯薄壁型钢结构(What is Cold-Formed Steel ?) 定义: 在室温下将较薄钢带通过辊 轧或冲压弯折成各种截面的型钢。 2 2. 冷弯薄壁型钢的截面型式 (Sections of Cold-Formed Steel) 房屋建筑中的冷弯型钢截面形式 Sections of cold-formed steel used in buildings 3 3. 冷弯薄壁型钢截面特性 (Characterestics of Cold-Formed Steel) 冷弯型钢构件用相对较少材料承受较大的外载，不是 单纯用增大截面面积，而是通过改变截面形状的方法 获得。称之高效截面型钢（承载示意图 ） 承载能力比较图 Comparison of Load Capacity 4 4. 冷弯薄壁型钢发展概况 (Development of Cold-Formed Steel) 1838年沙俄为世界上次利用压力机生产出冷弯型钢 的国家; 1946年美国AISI颁布了世界上本冷弯型钢结构设计 规范;冷弯型钢在建筑中广泛应用有50余年历史； 1958年中国诞生了台冷弯轧机并建造冷弯型钢结构 房; 目前中国的冷弯型钢生产能力约500万吨／年，实际生 产是200-300万吨／年. 5 5. 冷弯薄壁型钢结构的应用 (Applications of Cold-Formed Steel) 应用: 建筑业，汽车.农机业， 机械制造业，造船业，电力工业，国 防工业，物流仓储业及家电业等。建筑业中的应用实例： (1)由冷弯型钢建成3层以下民用住宅建筑。 6 7 8 9 10 11 12 (2).单层工业房冷弯型钢门式刚架结构 Back to back channel joint by bolting 3 ci 13 Back to back channel joint by bolting 3 ci 14 (3) 轻型门式刚架结构中的檩条、墙梁、 墙柱、屋面板、墙 面板及 楼面组合板等均由冷弯型钢作成。 15 (4)冷弯型钢农村建筑 16 17 (5)仓储建筑中的冷成型钢货架结构 18 (6)公路护栏、挡土墙板、钢板桩等 19 (7)冷弯型钢涵管、隧道涵洞等 20 21 二、冷弯型钢结构特性与热轧型钢结构的性能主要差别 The Main Behavior Differences Between Cold-Formed Steel & Hot-rolled Steel Structures 1.钢结构按型钢轧制方式分: 热轧型钢结构，又称普钢结构、重钢结构。设计规范： GB50017-2003 (2003年12月01日起实施); 冷弯型钢结构，又称薄钢结构，属轻钢结构。设计规范： GB50018-2002 (2003年01月01日起实施)。 22 2.冷弯型钢结构特性与热轧型钢结构的性能主要差别 有人提出：冷弯、热轧都是钢构件，两本规范能否合成一 本？ 回答是：不能。因为，二者在以下性能有很大差别。 1由于生产方法不同，冷弯型钢冷弯形成残余应力；热轧钢由焊接和温度 变化形成残余应力。截面残余应力大小及分布完全不同。 2冷弯型钢截面有冷弯效应 冷弯型钢截面材性冷弯后发生变化,弯角处出现冷弯效应，即强度提高,塑 性降低;平板部分强度亦有提高;设计时可利用冷弯后强度提高值. 23 (3).冷弯型钢截面板件宽厚比大,设计中不限制板件宽厚比， 冷弯型钢结构允许局部屈曲并利用板件屈曲后强度; 热轧型钢结构不允许出现局部屈曲，限制截面板件宽厚比; 24 热轧型钢构件整体屈曲之前不允许出现截面板件的局部屈曲，方法是限制 板件的宽厚比或设置加劲肋等。如:轴压杆工字型翼缘和腹板宽厚比规定为: h0 tw (25 0.5) 235 fy b1 t (10 0.1) 235 fy 又如:梁腹板设置加劲肋: h0 tw 80 235 fy 设置横向加劲肋 h0 tw 150 235 f y设置纵向加劲肋 25 (4).冷弯型钢单轴对称开口截面较多,截面抗扭性能弱 由于单轴对称截面一般形心与剪心不重合,若荷载不通过剪心： 压杆常弯扭屈曲起控制; 横向受弯构件出现扭转,产生双力矩B。 26 冷弯薄壁型钢构件的截面由各种不同类型的板件(elements)组成 板件的屈曲后承载力来源 于薄膜拉力 27 (5).压杆失稳模式有不同 压杆失稳模式(Buckling Modes in Compression Members): 整体屈曲模式二者基本相同，有: 弯曲屈曲(Flexural Buckling) 弯扭屈曲(Torsional-Flexural Buckling) 扭转屈曲(Torsional Buckling) 但局部屈曲热轧钢不出现，冷弯 型钢有两种局部屈曲模式即： 局部屈曲(Local Buckling) 畸变屈曲(Distortional Buckling) 28 局部屈曲(Local Buckling) 截面板件交角仍然保持不变,截面形状不变,板件 交线 冷弯型钢受压构件特有一种局部屈曲称之为畸变屈曲 截面除发生局部变形外,还发生形状改变; 截面板件交角仍然保持不变;畸变屈曲GB50018尚无计算方法， 澳大利亚AS/NZS4600规范提供了部分截面的计算方法 30 截面出现哪一种局部屈曲,取决与截面形状,杆件长度和杆 件支承条件等因素. 如下图a截面由局部屈曲控制(局部屈曲为49ksi;畸变屈曲 为54ksi),而下图b由畸变屈曲控制(畸变屈曲为26ksi;局部 屈曲49ksi). 31 (6)冷弯型钢集中力作用下易出现腹板承压折曲(Web Crippling) 由于冷弯截面圆弧弯角,集中力由翼缘偏心传至腹板; 腹板承压折曲 与截面形状和集中力作用位置等有关; 腹板承压折曲承载力通常由试验确定,GB50018第7章公式 7.1.7-1-2有具体计算方法。 32 (7).冷弯型钢构件连接方式与热轧型钢不同 1. 热轧型钢构件中主要是焊接和高强螺栓连接，而冷弯型钢构 件焊接少用，损坏涂锌层，焊接薄板焊接技术高。它特有 焊接型式如啦叭焊和电阻点焊等。 33 2.螺栓连接冷弯型钢有时也用，但破坏模式与热轧不同。 因冷弯型钢板薄常为板件承压破坏，而不是螺栓剪切破 坏。 34 冷弯型钢现主要采用自攻自钻螺钉连接、拉铆钉、射钉连接 等新连接方法 因冷弯型钢板薄采用无螺帽的自攻自钻螺钉等，GB50018规 范修订补充了自攻自钻螺钉抗拔承载力计算公式。 35 冷弯型钢构件之间还采用机械连接(咬合、扣合)无连接件连接: 咬合示例 36 扣合式示例 GB50018对此类连接无计算方法，由实验或生产商 提供承载力数据 37 (8)冷弯型钢壁薄，GB50018规范规定构件截面计算不 计塑性发展，以边缘屈服为准则;而热轧型钢截面可考虑 部分塑性发展。此外，冷弯型钢构件截面可采用线性法 计算其截面特性。 38 (9)、冷弯型钢生产设简单，投资少，冷轧机更换轧辊即出新产品‘产品繁 多(国外己生产万余种，我国也巳生产约700余种);热轧型钢生产设复杂，投 资大，热轧机不能更动轧辊，产品单一，只生产规格的标准截面; 基于以上9大不同点，冷弯型钢与热轧型钢设计规范不能合一。 冷弯型钢结构特点是：冷加工、壁薄、截面允许局部屈曲且 形式多样,有其自身特殊计算方法。但二者确也有共同之处。 ?我国近几年投产建成的几千家钢构,基本都装有冷轧机。冷弯型钢在发 展我国轻钢结构中起到了十分重要的作用。 ?据国外文献统计，一幢门架式工业房，用于冷弯型钢耗费已超过热轧型钢; 39
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