《金屬屋面荷載簡(jiǎn)述》課件

金屬屋面荷載簡(jiǎn)述金屬屋面因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材料特性,在建筑工程中扮演著重要的角色。了解金屬屋面的荷載特點(diǎn)對(duì)于設(shè)計(jì)和施工至關(guān)重要。本節(jié)將概括介紹金屬屋面的主要荷載種類及其影響因素。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握金屬屋面基本知識(shí)通過本課程學(xué)習(xí),學(xué)生將了解金屬屋面的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍以及構(gòu)造要求。掌握金屬屋面荷載計(jì)算學(xué)生將學(xué)習(xí)如何計(jì)算金屬屋面的靜荷載、雪荷載、風(fēng)荷載等,并掌握荷載組合原則。掌握金屬屋面結(jié)構(gòu)分析學(xué)生將學(xué)習(xí)如何進(jìn)行金屬屋面的等效靜荷載分析,并掌握結(jié)構(gòu)承重、局部受荷、支座反力的計(jì)算方法。掌握金屬屋面設(shè)計(jì)要點(diǎn)學(xué)生將學(xué)習(xí)金屬屋面的檁條設(shè)計(jì)、連接件設(shè)計(jì)等,并了解施工注意事項(xiàng)。金屬屋面介紹金屬屋面是一種常見的屋面形式,具有輕質(zhì)、耐久、美觀等特點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于工廠、倉(cāng)庫(kù)、體育場(chǎng)館等建筑物的屋頂建造。金屬屋面由金屬板材、檁條、連接件等組成,通過精密的設(shè)計(jì)和施工工藝,可以實(shí)現(xiàn)屋頂?shù)姆浪⒈睾兔阑Ч?。金屬屋面的特點(diǎn)1輕質(zhì)耐用金屬屋面材料普遍較傳統(tǒng)屋面材料更輕,同時(shí)具有出色的抗腐蝕性和耐久性。2安全可靠金屬屋面通常具有良好的防火性能,并能遮蔽外界噪音,為居民提供安全舒適的居住環(huán)境。3施工快捷金屬屋面的安裝過程相對(duì)簡(jiǎn)單,施工周期短,可大幅縮短整體建造時(shí)間。4美觀大方金屬屋面有多種造型設(shè)計(jì)可選,既能滿足實(shí)用性需求,又能增添建筑物的視覺效果。金屬屋面的應(yīng)用住宅建筑金屬屋面廣泛應(yīng)用于各類住宅,如別墅、集中式住宅等,提供耐久性、防水性和美觀性。商業(yè)和工業(yè)建筑金屬屋面在倉(cāng)庫(kù)、工廠、商場(chǎng)等商業(yè)和工業(yè)建筑中廣泛使用,滿足各種功能和造型需求。公共設(shè)施建筑學(xué)校、醫(yī)院、體育場(chǎng)館等公共建筑也常采用金屬屋面,兼具美觀、耐用和安全性。特殊建筑金屬屋面在機(jī)場(chǎng)、火車站等大跨度建筑和工業(yè)廠房等特殊建筑中也有廣泛應(yīng)用。金屬屋面荷載的主要組成永久荷載包括金屬屋面本身的重量、屋面層的重量和其他附加重量等。這些荷載長(zhǎng)期存在于建筑物中?；詈奢d包括人員活動(dòng)、設(shè)備擺放、積雪、風(fēng)等荷載。這些荷載在大小和作用位置上會(huì)隨時(shí)間變化。自然荷載包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等由自然環(huán)境引起的荷載。這些荷載具有不確定性和變化性。環(huán)境荷載包括溫度變化引起的荷載、腐蝕等因素引起的荷載。這些荷載會(huì)對(duì)金屬屋面的穩(wěn)定性和耐久性產(chǎn)生影響。靜荷載自重由金屬板材、檁條、立柱等組成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重永久荷載建筑物整個(gè)使用期間不會(huì)發(fā)生變化的固定荷載,如屋面層、隔墻等預(yù)應(yīng)力由預(yù)應(yīng)力作用引起的永久性壓力荷載靜荷載是一種恒定且不會(huì)隨時(shí)間變化的荷載,包括構(gòu)件自重、永久附加荷載以及預(yù)應(yīng)力荷載。這些荷載在建筑物整個(gè)使用期間都會(huì)持續(xù)存在,必須在設(shè)計(jì)中考慮。雪荷載120kg/m2最大設(shè)計(jì)值30cm最大積雪深度5kg/m3雪的密度金屬屋面承受雪荷載是必須考慮的重要因素。雪荷載是由連續(xù)降雪形成的積雪壓力造成的。根據(jù)氣候條件不同,設(shè)計(jì)值可達(dá)120kg/m2,最大積雪深度可達(dá)30cm。雪的密度通常取5kg/m3計(jì)算。合理的雪荷載計(jì)算可確保金屬屋面結(jié)構(gòu)的安全。風(fēng)荷載金屬屋面結(jié)構(gòu)受到風(fēng)荷載作用會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓和正壓兩種不同類型的風(fēng)荷載。其中邊角區(qū)域的正壓荷載往往更大,需要重點(diǎn)考慮。溫度荷載金屬屋面由于材料的熱膨脹特性,在溫度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變,從而產(chǎn)生溫度荷載。金屬屋面需要考慮夏季高溫膨脹、冬季低溫收縮等溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。溫度荷載可能引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平動(dòng)、傾斜及翹曲等變形,從而對(duì)建筑物的穩(wěn)定性和使用功能產(chǎn)生不利影響。因此,合理設(shè)計(jì)溫度荷載計(jì)算對(duì)金屬屋面的安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。地震荷載地震荷載是指由于地震所引起的慣性力作用在建筑物上產(chǎn)生的荷載。它是一種動(dòng)荷載,其大小和特性與地震動(dòng)的幅度、頻率特性以及建筑物的質(zhì)量和剛度有關(guān)。地震荷載對(duì)建筑物的破壞極為嚴(yán)重,因此在建筑物設(shè)計(jì)中需要特別重視地震荷載的計(jì)算和分析。影響因素地震動(dòng)強(qiáng)度建筑物質(zhì)量和剛度分析方法反應(yīng)譜法時(shí)程分析法其他荷載1次生能源如水、電、蒸汽等次生能源載荷。5機(jī)械設(shè)備工藝設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)等機(jī)械設(shè)備載荷。0.5裝修載荷墻面裝飾、管線敷設(shè)等裝修載荷。除了基本的靜荷載、雪荷載、風(fēng)荷載和溫度荷載外，金屬屋面還需考慮其他類型的外加載荷。這包括次生能源載荷、機(jī)械設(shè)備載荷以及裝修載荷等，它們都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成重要影響。合理考慮這些附加載荷是確保金屬屋面結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。荷載組合原則設(shè)計(jì)理念金屬屋面設(shè)計(jì)需要綜合考慮各類荷載作用,建立合理的荷載組合,確保結(jié)構(gòu)能夠承受各種極端工況,保證建筑物的安全性和使用性能。基本原則荷載組合應(yīng)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求,盡量考慮各類荷載的同時(shí)發(fā)生概率。主次協(xié)調(diào)主荷載和次荷載應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)協(xié)調(diào)分類,合理確定荷載組合系數(shù),避免過度保守。靈活性針對(duì)不同工程,荷載組合方案應(yīng)具有一定靈活性,可根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)調(diào)整。靜載組合1自重金屬屋面結(jié)構(gòu)自身重量2附加裝修屋面上層材料的重量3永久荷載持續(xù)存在的固定荷載靜載組合是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的荷載組合。其中包括屋面結(jié)構(gòu)自重、附加裝修材料以及其他持續(xù)存在的固定荷載。這些永久性荷載是結(jié)構(gòu)承載能力計(jì)算的基礎(chǔ)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)安全性至關(guān)重要。風(fēng)荷載組合1多種因素疊加風(fēng)荷載組合需要考慮建筑物本身的形狀、位置、高度等多方面因素,以確保整體結(jié)構(gòu)的安全性。2主風(fēng)向與風(fēng)壓分布不同建筑物的主風(fēng)向可能不同,影響到荷載組合的計(jì)算。需要結(jié)合實(shí)際風(fēng)壓分布情況進(jìn)行分析。3建筑物內(nèi)部壓力差建筑物內(nèi)部空間壓力的差異也會(huì)產(chǎn)生一定的風(fēng)荷載,需要在組合計(jì)算中考慮進(jìn)去。雪荷載組合積雪荷載金屬屋面需考慮實(shí)際積雪厚度,結(jié)合場(chǎng)地氣候環(huán)境、屋面傾斜角度等因素確定合理的積雪荷載。積雪均布荷載積雪荷載應(yīng)均勻作用于整個(gè)屋面,不得忽視局部積雪積累的影響。積雪不均布荷載需考慮建筑物周圍環(huán)境、風(fēng)向等因素導(dǎo)致的積雪分布不均勻情況,進(jìn)行針對(duì)性驗(yàn)算。組合荷載雪荷載應(yīng)與自重、風(fēng)荷載等進(jìn)行合理組合,確保整體結(jié)構(gòu)安全。地震荷載組合1地震作用建筑物遭受地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力2荷載組合需要考慮與地震作用同時(shí)發(fā)生的其他荷載3組合原則應(yīng)采用最不利的荷載工況進(jìn)行校核在進(jìn)行金屬屋面設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮地震作用。地震會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生慣性力,因此需要將地震荷載與其他常規(guī)荷載進(jìn)行組合,以確保在最不利的工況下結(jié)構(gòu)的安全性。等效靜荷載法確定實(shí)際荷載根據(jù)具體工程情況,確定各種實(shí)際荷載,包括永久荷載、積雪荷載、風(fēng)荷載等。分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析金屬屋面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),如跨度、傾斜角度、高度等,以確定適當(dāng)?shù)暮奢d作用模式。計(jì)算等效靜荷載利用相關(guān)公式和系數(shù),將實(shí)際復(fù)雜的動(dòng)荷載轉(zhuǎn)換為等效的靜荷載,便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以等效靜荷載作為輸入數(shù)據(jù),采用常規(guī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法對(duì)金屬屋面進(jìn)行承載能力分析。等效靜荷載計(jì)算步驟1確定荷載組合根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)類型和使用條件,確定需要考慮的各種荷載組合。2計(jì)算等效靜荷載值采用等效靜荷載法,按照規(guī)范公式計(jì)算出等效靜荷載值。3應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析將計(jì)算得到的等效靜荷載作為輸入數(shù)據(jù),進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)。等效靜荷載公式推導(dǎo)1荷載簡(jiǎn)化將復(fù)雜的實(shí)際荷載轉(zhuǎn)化為等效的靜荷載2公式導(dǎo)出根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)和荷載特點(diǎn)推導(dǎo)出等效靜荷載的計(jì)算公式3系數(shù)選取合理選取等效靜荷載的系數(shù)以反映真實(shí)情況等效靜荷載是將實(shí)際的復(fù)雜荷載簡(jiǎn)化為等效的靜荷載,從而便于結(jié)構(gòu)受力分析和承重計(jì)算。通過對(duì)屋面結(jié)構(gòu)和各種荷載的深入分析,可以推導(dǎo)出詳細(xì)的等效靜荷載公式,并根據(jù)具體情況選取合適的系數(shù),最終得到可靠的等效靜荷載值。等效靜荷載系數(shù)選取不同地區(qū)系數(shù)差異不同地區(qū)的氣候條件和地形特點(diǎn)不同,需要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的等效靜荷載系數(shù)。承重能力因素選取系數(shù)時(shí)還需考慮金屬屋面的承重能力,選擇合適的安全系數(shù)。使用壽命考慮為保證金屬屋面在使用過程中的安全性,還需根據(jù)使用年限選取合理的系數(shù)。金屬屋面承重計(jì)算1材料強(qiáng)度確定金屬板材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度2荷載分析計(jì)算各類荷載大小及作用范圍3截面驗(yàn)算根據(jù)受力計(jì)算確定合適的金屬板厚度4連接設(shè)計(jì)依據(jù)荷載大小選擇合適的連接方式金屬屋面承重計(jì)算是確保屋面安全性的關(guān)鍵步驟。首先需要了解金屬材料的力學(xué)性能，然后分析各類荷載大小及作用范圍。接下來根據(jù)受力情況驗(yàn)算合適的金屬板厚度，并設(shè)計(jì)連接件以確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。整個(gè)過程需要嚴(yán)格的工程計(jì)算和結(jié)構(gòu)分析。局部受荷分析1荷載傳遞路徑分析確定荷載從金屬屋面到支撐結(jié)構(gòu)的傳遞路徑,包括屋面板、檁條、墻柱等結(jié)構(gòu)單元。2局部承載分析針對(duì)不同受荷部位,開展受力分析,確定關(guān)鍵截面受力狀態(tài)。關(guān)注大梁、支座等關(guān)鍵受力部位。3應(yīng)力分布評(píng)估基于受力分析,預(yù)測(cè)關(guān)鍵部位的應(yīng)力分布情況,評(píng)估局部承載能力的穩(wěn)定性和安全性。支座反力計(jì)算1確定荷載根據(jù)前述荷載分析確定各種荷載作用。2建立受力模型對(duì)屋面結(jié)構(gòu)建立靜力平衡方程。3計(jì)算支座反力通過方程解得屋面各支座的反力值。支座反力計(jì)算是屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟之一。它可以確定各支撐點(diǎn)所受的力作用,為下一步的構(gòu)件設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。通過建立受力模型,我們可以綜合考慮不同荷載的影響,準(zhǔn)確計(jì)算出支座的實(shí)際受力情況。檁條設(shè)計(jì)分析荷載根據(jù)屋面結(jié)構(gòu)的承重情況、材料特性及其他外界作用力，合理確定檁條所承擔(dān)的荷載。選擇截面結(jié)合檢查計(jì)算結(jié)果，選擇合適的檁條截面尺寸和材料規(guī)格。確保滿足承載力和剛度要求。確定間距考慮檁條的承載能力、屋面板的跨度等因素，確定合理的檁條安裝間距。受力分析及截面確定1荷載分析對(duì)各種荷載進(jìn)行合理的分配和計(jì)算2應(yīng)力分析確定構(gòu)件承受的最大應(yīng)力值3承載能力確定根據(jù)規(guī)范選擇合適的材料截面4局部受力檢查重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵部位的受力情況金屬屋面結(jié)構(gòu)的受力分析和截面確定是構(gòu)件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。首先需要根據(jù)各種荷載合理分配和計(jì)算,并確定構(gòu)件承受的最大應(yīng)力。然后根據(jù)規(guī)范要求選擇合適的材料截面,并對(duì)局部受力情況進(jìn)行重點(diǎn)檢查,確保整個(gè)結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力。連接件設(shè)計(jì)1配合性確保連接件與結(jié)構(gòu)件的完美配合2強(qiáng)度滿足荷載傳遞和變形控制要求3穩(wěn)定性避免連接件出現(xiàn)松動(dòng)或脫落4可靠性確保連接經(jīng)久耐用、可靠防護(hù)金屬屋面連接件設(shè)計(jì)需兼顧結(jié)構(gòu)配合性、荷載傳遞強(qiáng)度、穩(wěn)定性及可靠性等要求。合理選用連接件類型和尺寸，并嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝，確保連接點(diǎn)牢固可靠，從而保證整體屋面系統(tǒng)的安全性能。金屬屋面施工注意事項(xiàng)施工準(zhǔn)備在開始金屬屋面施工前,應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作,包括材料、工具及安全設(shè)施的準(zhǔn)備。嚴(yán)格連接施工金屬屋面構(gòu)件之間的連接是關(guān)鍵,需要按照設(shè)計(jì)要求采用可靠的連接方式,確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。做好防水處理金屬屋面易受環(huán)境影響,需要重點(diǎn)關(guān)注防水措施的落實(shí),確保屋面的長(zhǎng)期耐用。課程小結(jié)