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《波纹腹板钢结构技术规程》CECS291：2011.pdf

本节主要给出了波纹腹板钢结构设计方面的专业术语，并从 钢结构设计角度赋予其特定的涵义给出了的英文译名是参考国外 某些资料拟定的，不一定是国际上标准术语。

本节主要给出了波纹腹板钢结构设计方面的专业术语，并从 构设计角度赋予其特定的涵义给出了的英文译名是参考国外 资料拟定的，不一定是国际上标准术语，

3.0.1本条明确了适用用于承重结构的波纹腹板钢构件的钢材 型号包括：碳素结构钢中的Q235，低合金结构钢中的Q345、Q390 和Q420钢。 3.0.2本条规定了承重结构的钢材应具有的力学性能和化学成

反钢构件钢材应符合抗震设计规范的要求

横塘河大桥施工组织设计3.0.4本条对波纹腹板钢构件的连接材料进行了相应的规定

由于腹板厚度较薄，翼缘和腹板的连接焊缝及在工地焊接过程中 与腹板的连接焊缝，应严格执行现行国家标准《碳钢焊条》GB/T 5117和《低合金钢焊条》GB/T5118的规定。若采用螺栓连接，应 等合普通螺栓、高强度螺栓等国家相应现行标准，若用于多高层组 合结构，所采用圆柱头焊钉（栓钉），与型钢的连接也应符合相应的 国家现行相关标准

4.1.5进行波纹腹板钢结构正常使用极限状态验算时，采月

4.2.1～4.2.3钢材的强度设计值、焊缝的强度设计值、螺栓连接 的强度设计值及钢材和钢铸件的物理性能指标，均可按照现行国 家标准《钢结构设计规范》GB50017的相关规定取值。

5.1轴心受拉、受压构件

5.1.1波纹腹板构件在轴向受拉的状态下，由于腹板不承受正应

波数腹板构件在轴受拉的获态下，由腹极不承受正应 用，所以其轴向承载力仅考虑翼缘的作用，强度验算过程中受 积取为翼缘的净截面积。 2波纹腹板钢构件在轴心受压状态下，除了要验算构件的强 外还需要验算其稳定性。由于波纹腹板轴压构件受力、变形 与桁架较为类似，腹板剪切变形较大，所以需要考虑腹板的剪 形对构件整体稳定的影响。因此，在计算构件绕强轴的整体 生系数时，应用格构式轴压构件中换算长细比的概念：

度之外还需要验算其稳定性。由于波纹腹板轴压构件受力、变形 持点与桁架较为类似，腹板剪切变形较大，所以需要考虑腹板的剪 切变形对构件整体稳定的影响。因此，在计算构件绕强轴的整体 稳定性系数时，应用格构式轴压构件中换算长细比的概念：

式中：NE为杆件的欧拉临界力

Ao*=A* V(1+Ne : ^)

式中：A应只考虑构件翼缘的面积，故AAf。为单位剪力作用 下的轴线转角，可以按照下式计算：

将上述两式代入（1）可得：

A。为构件的有效受剪面积，其原理在第5.5.1条的说明中有 闽述。

5.1.3在确定波纹腹板轴心受压构件的整体稳定系数时，可以按 照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017取值。按照现行国 家标准《钢结构设计规范》GB50017的分类，当计算波纹绕强轴方 向的整体稳定时，可以按照b类截面计算其稳定系数。当计算绕 弱轴方向的整体稳定时，可按照c类截面计算其稳定系数。需要 注意的是，在计算构件绕两个主轴方向的长细比时，腹板部分面积 均不考虑在内。

5.2.1波纹腹板H型钢最主要的技术特点就是将普通H型钢 的平腹板改为波纹的形式（包括梯形、正弦曲线和三角形波形），由 于波纹钢板具有较高的平面外刚度和剪切屈曲强度，所以在腹板 高厚比较高的情况下，能够其有较大的承载力，故经济效益非常明 显。同时，这一优势在运输、吊装过程中也能够充分体现。 现行协会标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002中规定腹板高厚比不宜超过250/235/f，，而根据同济 大学的大量试验及理论分析，结合国内外研究成果，证明若波纹腹 板的波形设计合理，波纹腹板H型钢的腹板高厚比在远超这一限 值的情况下依然能够满足“腹板屈服前不发生屈曲”这一一原则。反 之，若腹板波形设计不合理，则腹板有可能发生弹性剪切屈曲，且 其强度远低于剪切屈服强度的情况。 自前，国外资料中关于波纹腹板的剪切强度有若干设计公式 都采用的是强度折减系数法。这些方法对于某些能够满足“屈服 前不屈曲”原则的腹板波形会低估其承载力，所以本规程提出如有 充分试验证明波纹腹板屈服前不发生屈曲，腹板的抗剪承载力可 以按照剪切屈服强度与腹板面积的乘积作为抗剪承载力。此处 所谓“充分试验”指的是在国家认可的试验室进行超过3个及以上 的足尺试件试验。 另一方面，如没有充分试验证明波纹腹板屈服前不发生届曲，

根据经典的梁弹性稳定理论，其弹性屈曲极限可表示为：

Mer. /EI,(GI.+EI* 1A 12

波纹腹板梁与平腹板梁不同的是，截面翘曲常数I*的取值 经过大量有限元分析，并与国外研究者提出的计算方法进行对比 后，采用下式计算波纹腹板梁的截面翘曲常数：

th'+t*hha 24 48

由于波纹腹板梁截面模量W*和对弱轴惯性矩I，均忽略腹 板的贡献，W*～btt:h，1，=t确/6，所以整体稳定系数可以用下式 计算：

Met 2752.5βb br I.+1.64 br I*. 235 *.f. 0.064 hli tr fy

梁整体稳定的等效临界弯矩系数β仍按照现行国家标准《钢 结构设计规范》中对于平腹板梁的规定进行取值。 若为加强受压或受拉翼缘的截面形式，则整体稳定系数可以 用下式计算：

4320A,hβ iIt 235 % 11+ Pb ^,W* + h?I, 25.71* f,

4320A,hβ iIt 235 % (1+ Pb ,W h²I, 25. 71* f,

为验证上述计算方法，同济大学进行了大量的分析，图1给出 广有限元的计算结果与现有设计公式的对比情况

图1实际受弯构件与设计公式梁整体 稳定系数对比图

结果，曲线“Linder”为文献［3］提出设计公式、“EC3”为Eurocode 3的设计公式，“GB50017”为按照本规程提出的P计算方法，当 Pb>0.6时，按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017方法进 行修正，“Elastic”为材料为完全弹性时的整体稳定曲线。从图中 可以看到，Linder提出设计公式较为合理，但计算过程复杂；EC3 设计公式过于保守；如果按照我国现行国家标准《钢结构设计规 范》GB50017弹塑性整体稳定的设计方法，结果略不安全，所以需 要进行修正，为此，当9大于0.45时，采用下式计算的9，代替 值：

修正后的结果如图2所示。

图2实际受弯构件与本规程公式整体 稳定系数结果对比图

对于截面上下翼缘不对称的波纹腹板受弯构件，其整体稳定 系数仍可以参考现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017关于 截面不对称平腹板受弯构件整体稳定系数的计算方法，结合波纹 腹板构件的受力特性来确定。

5.2.3对不需要计算整体稳定的梁，其设计要求可与平腹板梁相同。 5.2.4波纹腹板钢梁的局部承压承载力较平腹板梁有明显的提 高，尤其是荷载分布宽度较小的情况下，这种趋势更加明显。根据 同济大学试验研究成果，现有波纹腹板钢梁局压承载力计算公式 适用范围都有一定局限性，某些资料沿用现行国家标准《钢结构设 计规范》GB50017中平腹板梁局压强度计算方法，得出的结果与 试验差别较大。因此，本条提出，按照荷载分布宽度是否达到腹板 波纹的波长，采用不同的计算公式： 1当荷载有效分布宽度c。小于腹板波纹的波长入时，根据 同济大学试验研究并结合国外试验数据，发现下式可以为大多数 试验结果提供一个理想估值：

2当荷载假定分布宽度c。大于腹板波纹的波长入时，下面 的经验公式计算结果与试验值很接近：

P. =yt,t* f*

上述两式经过试验和有限元验证，其有足够的安全储备。 5.2.5本条给出了波纹腹板的若干构造要求，所提出的要求是基 于同济大学所进行的相关研究，并考虑了我国现有的加工水平和 钢铁产品规格。在本条给定的范围内，波纹腹板H型钢的抗剪承 载力能够达到较高的水平，而且可以控制腹板的褶皱率s/不至 于过高，这样可以节约钢材。对于腹板高厚比的限值，如需与相关 国家标准要求对照，则需要将腹板厚度换算为等效厚度。本构造 要求结合本规程附录A可以为生产企业提供一定的技术参考。

上述两式经过试验和有限元验证，具有足够的安全储备。

5.3.1由于波纹腹板H型钢梁的受力性能与格构式构件较为接 近，波纹腹板钢构件在拉弯和压弯受力状态下，强度计算方法与格 构式构件较为类似。

计算与格构式构件相同，均采用最大边缘纤维屈服准则，因此计算 公式与现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017相同。需要注 意的是，在计算截面面积、和欧拉临界荷载时，均不考虑腹板的贡 献；计算轴压杆稳定系数时，按换算长细比取值。 5.3.3某些文献将等截面波纹腹板压弯构件弯矩作用平面外整 体稳定，视为受压翼缘的稳定问题，这将严重低估波纹腹板构件的 承载力。本规程根据研究结果，认为可以按照《钢结构设计规范》 GB50017中相关规定执行，其中计算长度、长细比、截面模量时均 忽略腹板部分的贡献。： 5.3.4本条主要参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017

计算与格构式构件相同，均采用最大边缘纤维屈服准则，因此计算 公式与现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017相同。需要注 意的是，在计算截面面积、和欧拉临界荷载时，均不考虑腹板的贡 献；计算轴压杆稳定系数时，按换算长细比取值。

体稳定，视为受压翼缘的稳定问题，这将严重低估波纹腹板构 承载力。本规程根据研究结果，认为可以按照《钢结构设计 GB50017中相关规定执行，其中计算长度、长细比、截面模量 忽略腹板部分的贡献。

GB50017中相关规定执行，其中计算长度、长细比、截面模量时均 忽略腹板部分的贡献。： 5.3.4本条主要参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017 的规定确定。

5.3.4本条主要参照现行国家标准《钢结构设计规范》GB 的规定确定。

结构技术规程》CECS102执行，在计算长细比、截面面积、截面模 量时忽略腹板部分。

5.4受压翼缘的局部稳定

5.4.1由于腹板的波纹形状能够为翼缘提供更强的支撑作用，波 纹腹板钢构件受压翼缘的局部稳定性能优于平腹板H型钢。同 时，为了设计方便，参照国外相关资料，波纹腹板钢构件的局部稳 定不再按照不同的受力状态进行区分，统一按照下式控制翼缘的 宽厚比：

B 235 MriN f, 2

在计算受压翼缘的自由外伸宽度时，需要考虑腹板波形的有 响，近似采用受压翼缘宽度的一半减去波高的一半。

5.5构件的变形计算

的剪切变形较大，在计算构件变形时，应考虑剪切变形的影响，即：

kQQpds + Z MMpds = GA EI

需要注意的是，在计算剪切变形时需沿腹板的波形进行积分 运算，其变形为沿波长积分的入/q倍，为方便计算，这里对钢材的 剪切模量进行折减，即

某些情况下为方便计算（如本规程第5.1.2条），也可采用折 反面积的做法：

这里将A。定义为腹板的有效受剪面积。对于H型截面，剪 应力不均匀分布系数约等于截面全面积与腹板面积的比值。 根据以上特性，本条分别给出简支梁在跨中集中荷载和均布 荷载作用下挠度的计算公式。 5.5.2本条给出了广两端固支、连续梁和框架梁在均布荷载和跨中 集中荷载作用下挠度的计算公式。 5.5.3本条明确了采用有限元方法计算波纹腹板钢结构或构件 变形时，应采用的单元刚度矩阵形式，及需要注意的事项，重点在 于考虑腹板剪切变形的影响。 5.5.4为了不影响结构或构件的正常使用和观感，设计时应对结 构或构件的变形（挠度和侧移）规定相应的限值。本条明确了波纹 腹板钢结构或构件的变形限值，主要依据现行国家标准《钢结构设 计规范》GB50017的相关规定。计算变形时，可不考虑螺栓引起 的截面削弱。为改善外观和使用条件，可将横向受力构件预先起 拱，起拱大小应视实际情况而定，一般为恒荷载标准值加1/2活荷 载标准值所产生的挠度值。

5.5.5本条给出了受压构件容许长细比的限值，主要参

6本条给出了受拉构件容许长细比的限值，主要参考现行切 示准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102的相关规

5.6.1本条主要按照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017

的规定，要求对直接承受动力荷载重复作用的波纹腹板钢构件翼 缘与腹板焊缝处，当应力变化的循环次数n等于或大于5×104次 时，应进行疲劳计算

5.6.2本条建议波纹腹板钢构件的疲劳计算采用容许应力

5.6.3对于波纹腹板钢构件常幅应力疲劳计算，仍然采用现 家标准《钢结构设计规范》GB5Q017的方法，构件和连接类别 选为 3类。

5.6.4根据国内外研究资料，证明波纹腹板H型钢吊车望

劳性能优于平腹板钢梁，主要原因在于波纹腹板的采用，可以避免 吊车梁中过多采用腹板加劲肋，耳可减小由于梁上荷载偏离腹板 在梁翼缘与腹板焊缝处产生的扭矩应力，这样就提高了波纹腹板 H型钢吊车梁的疲劳强度，这一结论也经过同济大学4个足尺波 纹腹板钢梁疲劳试验的验证，

5.7.2波纹腹板型钢压弯构件进入塑性以后，如果轴压力较大， 在地震反复作用下塑性区容易发生轴尚屈曲，故本条对充许在地 震区采用的波纹腹板钢构件的轴压比给予一定限制。 当构件在重力荷载代表值和中震作用标准值的组合效应下， 构件截面仍不届服，且构件满足承载力设计要求时，说明地震对该 构件的影响很小，

5.7.2波纹腹板型钢压弯构件进入塑性以后，如果轴压力较大，

6.1.4本条规定在施工工况下，波纹腹板H型钢组合梁强度、稳 定性和变形的计算要求，

6.2.1波纹腹板H型钢组合梁可以采用塑性理论假定来计算组 合梁的抗弯承载力。根据抗剪连接件的不同设计，组合梁可以分 为完全抗剪连接组合梁和部分抗剪连接组合梁。组合梁在正弯矩 作用区段抗弯塑性极限状态有下列几种情况：①塑性中和轴位于 混凝土翼板内；②塑性中和轴位于钢梁上翼缘内；③塑性中和轴位 于钢梁腹板范围内。 1塑性中和轴在混凝土翼板内，位于塑性中和轴侧的受 拉混凝土因为开裂而不参加工作，混凝土受压区假定均匀受压，

且达到轴心抗压强度设计值。钢梁全部受拉，但不考腹板的 面积。 2塑性中和轴有可能位于钢梁上翼缘内，腹板不承受弯曲正 应力。此时，钢梁上翼缘存在受拉区和受压区，由于翼缘厚度相对 较小，而且拉应力和压应力合力距离塑性中和轴非常接近，所以上 翼缘对截面弯矩的影响可以忽略，仅考虑下翼缘和混凝土翼板所 形成的抵抗弯矩。 3当采用加强受拉翼缘的形式时，塑性中和轴有可能位于钢 梁腹板内。

6.2.2组合梁负弯矩作用区段内，仅考虑钢筋的受拉作用，组合

当钢梁上下翼缘面积相同，则塑性中和轴可能位于钢梁上翼 缘内，计算时，可以忽略上翼缘内应力的影响，仅考虑受拉钢筋和 钢梁下翼缘形成的抵抗弯矩。

虑混凝土翼板的抗剪作用。而根据大量组合梁抗剪试验的研究成 果，对于腹板较为薄弱的组合梁，混凝土翼板的抗剪能力可以到达 整个组合梁的50%。由于波纹腹板钢梁腹板的厚度较薄，抗剪能 力较低，可以考虑利用混凝土翼板对波纹腹板H型钢组合梁抗剪 承载力的贡献。但是根据大量的研究结果，组合梁的剪跨比较大 时，如果考虑混凝土翼板的抗剪作用会过高估计组合梁的抗剪承 载力。所以本条提出，当剪跨比入>8，仅计人钢梁腹板的抗剪承 载力；当剪跨比入≤8时，可以考虑混凝土翼板抗剪能力的贡献。

6.2.4由于波纹腹板钢组合梁所采用基本原理与平腹板组

基本类似，抗剪连接件的作用和设置也基本相同，所以抗剪连接件 的计算可以按照现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有 关规定进行。

久组合进行计算，取其中较大值作为设计依据。挠度计算可按结 构力学公式进行，同时，需要考虑滑移引起的刚度折减。仅受正弯 矩作用的组合梁，其抗弯刚度应取考虑滑移效应的折减刚度，连续 组合梁应按变截面刚度梁进行计算。在上述两种荷载组合中，组 合梁应各取其相应的折减刚度。 6.3.2本条规定了波纹腹板H型钢组合梁的挠度计算方法，需 要注意的是，由于钢梁腹板较薄，所以需要考虑钢梁剪切变形对组 Am

6.3.3本条规定了波纹腹板H型钢组合梁的挠度限值

考了现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的相关要求。

7.1.1波纹腹板钢结构的节点连接方法与普通钢结构基本相同， 同样可采用焊接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接， 7.1.2由于波纹腹板钢构件的特殊腹板形式，所以建议在节点处 采用端板的连接方式。

7.1.4本条规定了熔敷材料强度与母材强度的匹配关系。

7.2.2梁的拼接可采用通过两块端板连接，翼缘和端板

全熔透的对接焊缝，腹板和端板之间应采用角对接组合焊缝或与 腹板等强的角焊缝，端板之间采用高强螺栓连接。这种连接方法 也可用到屋脊节点中。

7.3.1本条规定框架梁与柱的连接宜采用柱贯通型。

端板和一段平板，然后与柱的拼接板进行连接

7.3.7本条明确了当梁端垂直于工学型柱腹板与柱刚接时，宜采 用的连接手段。

7.3.9本条规定了梁与柱刚性连接时，应在梁翼缘的对应位置

8.1波纹腹板钢构件的制作

8.1.1本条提出了波纹腹板H型钢截面高度的适宜范围为 400mm～3000mm，而且梁高也应符合一定的模数。截面高度较 小时，波纹腹板的优势无法充分体现；而高度过大生产加工存在一 定困难，而且应用范围也受到限制，并给出了截面构造示意图。 8.1.2本条在波纹腹板H型钢性能研究的基础上，并参考我国 现有热轧H型钢的规格尺寸，提出波纹腹板钢构件主要的一些尺 寸。这些尺寸应服从一定的建筑尺寸模数以便于生产。 根据研究，自前波纹腹板钢构件腹板的高厚比一般都会控制 在600以内。如果腹板厚度过薄，存在易引起焊接缺陷等不利影 响，而且钢板一旦发生锈蚀，会对整个构件造成显著的不利影响， 所以厚度限定在2mm以上。 由于截面正应力主要由翼缘承担，剪力由腹板承担，所以在设 计工程中，可以根据弯矩和轴力大小灵活选用截面高度和翼缘的 尺寸，并根据剪力大小选择腹板厚度等参数。 8.1.3本条提出：制作波纹腹板钢构件所采用钢板和钢带的厚 度、宽度和长度的允许偏差及外观等均应符合现行国家标准《热轧 钢板和钢带的尺寸、外形、重量及充许偏差》GB/T709的相关规定。 8.1.4由于波纹腹板H型钢最主要的技术革新就是将平腹板改 为波纹腹板，所以本条对腹板波形尺寸的制造误差提出了一些具 体西书

2波纹腹板钢构件的防腐处理

构造上还要考虑便于处理和检香

盖板涵施工方案8.2.2本条提出波纹腹板钢结构应根据其使用条件和所处

家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级利除锈等级》GB8923的规定。 8.2.5本条规定了波纹腹板钢结构重新涂装的质量要求应符合 现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的要求。 8.2.6本条对波纹腹板H型钢腹板和翼缘角焊缝位置提出了专 门的防腐要求。

附录 A推荐波纹腹板波形

本规程所推荐波形为某些企业研制，经同济大学试验室试验 论证的有效波形，其是否申请专利保护，请与具体采用单位联系。

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