课件冷弯薄壁型钢结构介绍 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢结构介构介绍 Introduction of Cold- Formed Thin-Walled Steel Structures 2 一、冷弯薄壁型一、冷弯薄壁型钢结构和它的构和它的应用用Cold-Formed Steel Structures & Its Applications1. 什么是冷弯薄壁型什么是冷弯薄壁型钢结构构(What is Cold-Formed Steel ?)定定义: 在室温室温下将较薄薄钢带通过辊轧或冲压弯折成各种截面的型钢3 房屋建筑中的冷弯型钢截面形式Sections of cold-formed steel used in buildings2. 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢的截面型式的截面型式(Sections of Cold-Formed Steel)4 3. 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢截面特性截面特性(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 CapacityComparison of Load Capacity 5 4 4. 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢发展概况展概况(Development of Cold-Formed Steel)(Development of Cold-Formed Steel)n1838年沙俄为世界上第一次利用压力机生产出冷弯型钢的国家;n1946年美国AISI颁布了世界上第一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；n1958年中国诞生了第一台冷弯轧机并建造冷弯型钢结构厂房;n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.6 5. 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢结构的构的应用用(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)由由冷弯型冷弯型钢建成建成3 3层以下民用住宅建筑以下民用住宅建筑7 8 9 10 11 12 (2).单层工工业厂房冷弯型厂房冷弯型钢门式式刚架架结构构13 14 (3) 轻型型门式式刚架架结构中的构中的檩条、条、墙梁、梁、 墙柱、屋面板、柱、屋面板、墙面板及面板及 楼面楼面组合板等均由冷弯型合板等均由冷弯型钢作成。
作成15 (4)冷弯型冷弯型钢农村建筑村建筑16 17 (5)仓储建筑中的冷成型建筑中的冷成型钢货架架结构构18 (6)公路公路护栏、、挡土土墙板、板、钢板板桩等等19 (7)冷弯型冷弯型钢涵管、隧道涵洞等涵管、隧道涵洞等20 21 二、二、冷弯型冷弯型钢结构特性与构特性与热轧型型钢结构的性能主要差构的性能主要差别 The Main Behavior Differences Between Cold-Formed Steel & Hot-rolled Steel Structures 1.1.钢结构按型构按型钢轧制方式分制方式分: : 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 2.2.冷弯型冷弯型钢结构特性与构特性与热轧型型钢结构的性能主要差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). .冷弯型冷弯型钢截面板件截面板件宽厚比大厚比大, ,设计中不限制板件中不限制板件宽厚比，厚比，冷弯型冷弯型钢结构允构允许局部屈曲并利用板件屈曲后局部屈曲并利用板件屈曲后强度度; ; 热轧型型钢结构不允构不允许出出现局部屈曲，限制截面板件局部屈曲，限制截面板件宽厚比厚比; ;24 又如:梁腹板设置加劲肋: 设置横向加劲肋 设置纵向加劲肋热轧型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: 25 (4).冷弯型冷弯型钢单轴对称开口截面称开口截面较多多, ,截面抗扭性能弱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 冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢构件的截面由各种不同构件的截面由各种不同类型的板件型的板件( (elements) )组成成板件的屈曲后承板件的屈曲后承载力来源力来源于薄膜拉力于薄膜拉力27 压杆失杆失稳模式模式(BucklingModesinCompressionMembers):BucklingModesinCompressionMembers):整体屈曲模式二者基本相同，有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) 但局部屈曲但局部屈曲热轧钢不出不出现，冷弯，冷弯型型钢有两种局部屈曲模式即：有两种局部屈曲模式即： 局部屈曲局部屈曲(Local Buckling) 畸畸变屈曲屈曲(Distortional Buckling)(5).压杆失杆失稳模式有不同模式有不同 28 局部屈曲局部屈曲(Local Buckling)截面板件交角仍然保持不变,截面形状不变,板件交线挺直.29 冷弯型冷弯型钢受受压构件特有一种局部屈曲称之构件特有一种局部屈曲称之为畸畸变屈曲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,取决与截面形状取决与截面形状, ,杆件杆件长度和度和杆件支承条件等因素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)冷弯型冷弯型钢集中力作用下易出集中力作用下易出现腹板承腹板承压折曲折曲(Web Crippling)由于冷弯截面圆弧弯角,集中力由翼缘偏心传至腹板;腹板承腹板承压折曲折曲 与截面形状和集中力作用位置等有关;腹板承腹板承压折曲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).冷弯型冷弯型钢构件构件连接方式与接方式与热轧型型钢不同不同1. 1. 热轧型型钢构件中主要是焊接和高强螺栓连接，而冷弯型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 冷弯型冷弯型钢现主要采用自攻自主要采用自攻自钻螺螺钉连接、拉接、拉铆钉、射、射钉连接接等新等新连接方法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 冷弯型冷弯型钢构件之构件之间还采用机械采用机械连接接( (咬合、扣合咬合、扣合) )无无连接件接件连接接:咬合示例咬合示例36 扣合式示例扣合式示例GB50018GB50018对此此类连接无接无计算方法，由算方法，由实验或生或生产商提商提供承供承载力数据力数据37 (8)冷弯型冷弯型钢壁薄，壁薄，GB50018GB50018规范范规定构件截面定构件截面计算不算不计塑性塑性发展，以展，以边缘屈服屈服为准准则; ;而而热轧型型钢截面可考截面可考虑部分塑性部分塑性发展。
此外，展此外，冷弯型冷弯型钢构件截面可采用构件截面可采用线性法性法计算其截面特性算其截面特性38 (9)、冷弯型冷弯型钢生生产设备简单，投，投资少，少，冷轧机更换轧辊即出新产品‘产品繁品繁多多( (国外己生产万余种，我国也巳生产约700余种); ;热轧型型钢生生产设备复复杂，，投投资大，大，热轧机不能更动轧辊，产品单一，只生产规格格的标准截面;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最大特点是：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公司,基本都装备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，一幢门架式工业厂房，用于冷弯型钢耗费已超过热轧型钢;39 。