鋼鋁組合截面桿件的設(shè)計閉思廉李碩龔沁華深圳中航幕墻工程有限公司深圳市皇城廣場1804室518045摘要鋼鋁組合截面是工程中經(jīng)常應(yīng)用的一種截面形式。本文對鋼鋁組合截面的截面特性計算以及截面驗算進(jìn)行簡略的介紹。關(guān)鍵詞鋼鋁組合截面，鋼鋁疊合截面一．引言在幕墻支承結(jié)構(gòu)和鋁合金門窗骨架設(shè)計中，為了節(jié)省鋁合金用量、降低成本，往往采用鋼、鋁組合截面的桿件，外露部分采用鋁合金型材，隱蔽部分亦即主要受力部分采用鋼型材，這樣，即達(dá)到了外表美觀靚麗、截面小巧而承載能力高、造價又低廉的目的。另外，在幕墻加固工程中，鋼鋁組合截面也時有應(yīng)用。鋼、鋁組合截面的形式，一般常用的不外乎如圖1所示的兩種。其中a所示的是將鋼型材川入鋁合金型材的腔內(nèi)；而b所示是鋼、鋁合金型材并列，二者截面一般有一個共同的對稱軸。圖1對于這兩種截面形式，視鋼、鋁型材的組合方式，又可分為疊合式和組合式兩種。所謂疊合式，即鋼、鋁型材之間不加連接，僅僅從構(gòu)造上能保證二者同時受力即可；而組合式和疊合式不同，它是在鋼、鋁型材之間用物理的或化學(xué)的方法將二者緊密相連的組合形式。由于這兩種截面的組合方式不同，所以在受力后的表現(xiàn)也不同，設(shè)計計算方法也完全不同，下面分別予以介紹。圖1二．疊合式截面桿件的設(shè)計如圖2所示疊合式截面桿，當(dāng)其在橫向力作用下受彎時，桿件將發(fā)生彎曲變形。由于鋼、鋁型材之間不加連接，因此，在二者接觸面間無任何約束（忽略摩擦），當(dāng)桿件發(fā)生彎曲變形時，在接觸面間，二者會產(chǎn)生相互錯動，受荷前在同一豎向截面內(nèi)的abed亦不在同一截面了，可見，此時的受彎桿件，已不符合“平截面的假定”條件，因此，二者已不能按一體進(jìn)行計算了?？紤]到鋼、鋁型材受荷后，截面未脫開，二者有著共同的邊界約束條件，在正常受力情況下，變形在彈性范圍內(nèi)，因此二者各自沿自身截面中和軸產(chǎn)生撓曲，且，二者產(chǎn)生的撓度相等。所以：q_EIl llxqEI

g ggx亦即，二者分配的荷載與其剛度成正比，于是有：n_EI _EIq=qf；q=q1EI+EIgEI+EIllxggx llxggx鋁合金型材11——鋼型材若以內(nèi)力的形式來表達(dá)，亦可寫成如下的形式：EIM=Mf；M=q_EIl llxqEI

g ggx亦即，二者分配的荷載與其剛度成正比，于是有：n_EI _EIq=qf；q=q1EI+EIgEI+EIllxggx llxggx鋁合金型材11——鋼型材若以內(nèi)力的形式來表達(dá)，亦可寫成如下的形式：EIM=Mf；M=M1EI+EIgllxggxEI g-gx El+EIllx ggxEAN=N EtAi ；N=1EA+EAg

llggEAN g~~g—EA+EAll gg川川I川川I川川川ii川川其中：M,N 總彎矩，總軸力 圖2M1，N1 鋁合金型材分配的彎矩，軸力M，N 鋼型材分配的彎矩，軸力ggA1，Ag 鋁合金型材截面面積，鋼型材截面面積1g據(jù)此即可對疊合式截面桿件進(jìn)行設(shè)計了。三．組合式截面桿件的設(shè)計：當(dāng)在鋁合金型材和鋼型材接合面處設(shè)置抗剪連接件，以約束在桿件受力變形時發(fā)生沿接合面的相互錯動，則二者相當(dāng)于一體一樣。如圖3,當(dāng)其在橫向力作用下受彎時，桿件將發(fā)生彎曲變形，受荷前在同一豎向截面內(nèi)的abed，彎曲后截面雖然隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但仍然保持在同一平面內(nèi)?？梢姡藭r的受彎桿件，符合“平截面的假定”條件，因此，二者已不是分別沿自身截面中和軸產(chǎn)生撓曲，而是沿統(tǒng)一的中和軸產(chǎn)生撓曲了，故，應(yīng)該按組合截面進(jìn)行計算。1.組合截面幾何參數(shù)的計算：由于鋁合金型材和鋼型材的物理力學(xué)性能不同，因此二者的組合不能是二者截面幾何圖形的簡單的組合，而必須考慮二者彈性模量的不同。如圖4所示截面，鋁合金型材和鋼型材有一共同的形心軸y,則組合截面的形心必在此軸上。設(shè)鋁合抗剪連接件--0鋁合金型材鋼型材川川丨丨丨川川川丨丨丨丨川川川金型材的截面積為A，對自身形心軸的慣性矩為I、10 1x0I;鋼型材的截面積為A，對自身形心軸的慣性矩為I、I1y0 g0 gx0模量之比為gx0gy0圖3。鋁合金型材和鋼型材彈性Ea EEg(1).組合截面面積:當(dāng)按鋼、鋁分別換算時AA+—g010aE(2).組合截面形心座標(biāo)：設(shè)其座標(biāo)為(x0,y0),已知A=A+aA；A=g g0 E10 1抗剪連接件1\鋁合金型材鋼型材圖4x°=0,現(xiàn)求y°。設(shè)鋼、鋁截面形心距為h0，則組合截面形心至鋁截面形心的距離:當(dāng)按鋼、鋁分別換算時：AhAhy=g°o；y二—g^-o-g0Al0aAgEi(3).組合截面慣性矩：當(dāng)按鋼、鋁分別換算時：I=I+A(h—y)2+a(I+Ay2);I=aI+1gx gx0 g0 0g0Elx0 l0g0gyEly0gyoI+A(h—y)2 II=I+Ay2+gxogo0 10 ;I=I+-gy0lxixoioio a lylyoaEE(4).組合截面抵抗矩：設(shè)鋁合金截面最外緣至組合截面形心軸的距離為％,鋼截面最外緣至組合截面形心軸的距離為h,則截面抵抗矩：g當(dāng)按鋼、鋁分別換算時：W=h；W=「gxhlxhgi同理可求W、W。gy ly(5).組合截面回轉(zhuǎn)半徑：當(dāng)按鋼、鋁分別換算時：r=gxL■Irlx■Ir=gxL■Irlx■I1同理可求r、r。gy ly2.組合截面的驗算：在已知內(nèi)力和求得組合截面幾何參數(shù)后,便可按一般截面的驗算

方法一樣對組合截面進(jìn)行驗算了。但,這里必須指出,對組合截面驗算時,要針對鋁合金截

面部分和鋼截面部分分別進(jìn)行驗算,且,各自驗算時要用換算成各自材料的截面幾何參數(shù)。此外,由于鋁合金截面部分和鋼截面部分的局部壁厚可能均較薄,因此,截面的局部穩(wěn)定應(yīng)予驗算,要分別控制在各自允許的寬厚比之內(nèi)。鋁合金截面允許的寬厚比：截面自由挑出部分：f勺5截面雙邊支承板件：bW30t鋼截面允許的寬厚比：I

截面自由挑出部分：bW15.，235

t片f

y■截面雙邊支承板件：bW4o'，235

t耳f

y其中：fy為鋼材的屈服點3.抗剪連接件的計算：設(shè)鋁合金截面對組合截面形心軸的靜面矩為S，組合截面按鋁lx

合金換算時的慣性矩為I，鋼、鋁截面間抗剪連接件的縱向的距離為1,同一截面處有nlx1個抗剪連接件，當(dāng)組合截面桿在驗算段的剪力為v時，貝y,每個抗剪連接件承受的剪力為⑴：v=VSlV lx11Inlx其中：要求：其中：SAylx l0l0VW[V]1H[VH] 抗剪連