如何选择拱形屋顶的计算模型

在杰达钢构从事拱形屋顶施工的这十几二十年来，经常会遇到客户要求我们提供拱形屋顶的手里计算书。我们有一次在贵州都匀进行拱形屋顶施工的时候，甲方要求我们提供金属波纹屋盖的手里计算书，并提供它的计算模型。那么本文就由杰达钢构的小编带大家了解一下，如何选择拱形屋顶的计算模型。 

金属拱形波纹屋顶是一种新的大跨度拱形薄壳结构，在铁道仓库、站台等工业建筑中具有很好的发展应用前景。目前国内外对金属拱形波纹屋顶的研究主要采用数值方法和试验方法，但不很成熟，也没有制订出切实可行的设计规范。自20世纪90年代中期以后，我国的一些科学家对金属波纹屋顶的成型技术、特点、工程应用及理论（主要是有限元、有限条法）进行了研究。其中有把波纹单拱简化为开口薄壁圆弧拱为研究对象，采用梁元或壳元进行模拟，对拱结构进行强度和稳定分析，这种结构形式的计算模型分为壳和拱两大类，当结构跨度与纵向长度相比较小时，屋顶受纵向两端约束影响较小，在荷载沿结构纵向均匀分布的情况下，可以将空间问题简化为平面问题，从而按拱的受力机理进行分析；当结构跨度相对于纵向长度较大时，宜采用壳体理论分析。本文只讨论前一种情况，选取单位宽度（单福）的屋盖作为研究对象。由于这种结构跨度大，所用钢板很薄，其几何非线性行为非常突出，因此，不论其单福截面形状如何，均采用拱计算模型，在有限元分析中考虑几何非线性。本文正是在这些理论和在YT6118型波纹屋顶的试验研究的基础上来研究半跨和全跨静载作用下高跨比对承载力的影响。

拱形屋顶计算模型的选取

由于金属拱形波纹屋顶构造复杂，其研究主要通过试验和数值计算。为此，本文在试验的基础上经过对比分析，选取合适的计算模型，在常见的全跨分布和半跨分布均匀荷载下，考虑两端的不同约束情况时，其承载力与高跨比的关系，为工程设计提供技术参考。

试验研究主要采用单福YT6118型波纹拱屋盖，端部按完全铰支，截面图见其高跨比为0.25。金属拱形波纹屋顶所受外荷载包括水平风荷载和竖向雪载、本项试验仅考虑后者作用，按全跨和半跨分布在结构上。

实际工程中，波纹拱两端的支座做法多种多样，它既可通过自攻螺丝和钢板制成的大角钢连到钢梁上或排水天沟边，又可直接用混凝土浇于槽形钢梁或钢筋混凝土梁中。显然，其两端支座设计成铰支座是较为可靠和偏于安全的选择。为防止加载时试件拱向两侧倾斜，并使其两侧支座符合实际，静载试验之前试件两侧均设置了脚手架且离试件两则较近，使试件拱仅能上下滑动而不能左右移动。波纹拱试件是由厚度仅为1mm左右的彩色涂色钢板滚压而成的，对试验加载要求极高，否则将直接影响试验结果或导致试验失败。

为避免平面外扭转变形，拱两侧加有侧向约束。同时，按照试验规范的要求，选择了较密集的下部悬挂重物的集中加载方法，从而大大方便了试验，且对试验结果影响不大。