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6.4 金属平板


6.4.1 单层金属板和铝塑复合板宜四周折边或设置边肋;折边高度不宜小于20mm。铝蜂窝复合板可折边或将面板弯折后包封板边。铝塑复合板开槽时不得触及铝板,开槽后剩余的板芯厚度不应小于0.3mm;铝蜂窝复合板背板刻槽后剩余的铝板厚度不应小于0.5mm。铝蜂窝复合板和铝塑复合板的芯材不宜直接暴露于室外,不折边的铝塑复合板和铝蜂窝复合板宜在其周边采用铝型材镶嵌固定。
6.4.2 金属平板可根据受力要求设置加强肋。铝塑复合板折边处应设边肋。加强肋可采用金属方管、槽形或角形型材,加强肋的截面厚度不应小于1.5mm。
    加强肋应与面板可靠连接,并应有防腐措施。金属平板中起支承边作用的中肋应与边肋或单层铝板的折边可靠连接。支承金属面板区格的中肋与其他相交中肋的连接应满足传力要求。
6.4.3 金属平板的应力和挠度计算应符合下列规定:
    1 边和肋所形成的面板区格,四周边缘可按简支边考虑,中肋支撑线可按固定边考虑。
    2 在垂直于面板的均布荷载作用下,面板最大应力宜采用考虑几何非线性的有限元方法计算,规则面板可分别按下列公式计算:
        1)单层金属屋面板:
        2)铝塑复合板和铝蜂窝复合板:
式中:
    σ——在均布荷载作用下面板中最大应力(N/m㎡);
    q——垂直于面板的均布荷载(N/m㎡);
    lx——金属平板区格的计算边长(mm),可按本规程附录C的规定采用;
    E——面板弹性模量(N/m㎡),可按本规程表5.2.9采用;
    t——面板厚度(mm);
    te——面板折算厚度,铝塑复合板可取0.8t,铝蜂窝复合板可取0.6t;
    We——铝塑复合板或铝蜂窝复合板的等效截面模量(mm³),可分别按本规程表5.2.5-1、表5.2.6-1采用;
    De——铝塑复合板或铝蜂窝复合板的等效弯曲刚度(N·mm),可分别按本规程表5.2.5-2、表5.2.6-2采用;
    θ——参数;
    m——弯矩系数,根据面板的边界条件和计算位置,可按本规程附录C分别按m、m0x、m0y查取;
    η——折减系数,可由参数θ按表6.4.3采用。
    3 中肋支撑线上的弯曲应力可取两侧板格固端弯矩计算结果的平均值。
    4 金属面板荷载基本组合的最大应力设计值不应超过金属面板强度设计值。
表6.4.3 折减系数η
6.4.4 在均布荷载作用下,金属平板屋面的挠度应符合下列规定:
    1 单层金属平板每区格的跨中挠度可采用考虑几何非线性的有限元方法计算,可按下列公式计算:
式中:
    df——在荷载标准组合值作用下挠度最大值(mm);
    qk——垂直于面板荷载标准组合值(N/m㎡);
    lx——板区格的计算边长(mm),可按本规程附录C的规定采用;
    t——板的厚度(mm);
    D——板的弯曲刚度(N·mm);
    ν——泊松比,可按本规程第5.2.10条采用;
    E——弹性模量(N/m㎡),可按本规程第5.2.9条采用;
    η——折减系数,可按本规程表6.4.3采用,q值采用qk值计算。
    2 铝塑复合板和铝蜂窝复合板的跨中挠度可按有限元方法计算,可按下式计算:
式中:
    De——等效弯曲刚度(N·mm),可分别按本规程表5.2.5-2、表5.2.6-2采用。
6.4.5 方形或矩形金属面板上作用的荷载可按三角形或梯形分布传递到板肋上,其他多边形可按角分线原则划分荷载(图6.4.5),板肋上作用的荷载可按等弯矩原则简化为等效均布荷载。
图6.4.5 面板荷载向肋的传递
6.4.6 金属屋面板材的边肋截面尺寸可按构造要求设计。单跨中肋可按简支梁设计。多跨交叉肋可采用梁系进行计算。

条文说明
6.4.1 单层铝板和铝塑复合板一般通过四周折边增大板的刚度,而且可以避免铝塑复合板的芯材在大气中外露。一般情况下,采用螺钉或不锈钢抽芯铆钉连接,在折边中心线开孔,折边高度20mm能够满足JGJ/T 139-2001中“连接件孔边距不应小于开孔宽度的1.5倍”和本规程的规定。目前,一些工程中也采用铝塑复合板不折边而附加铝型材的办法,此时,铝塑复合板应镶入铝内。铝蜂窝复合板可以采用折边、将面板弯折后包封板边、采用密封胶封边的做法。采用开缝构造设计时尤其注意采取措施防止板芯直接外露。
6.4.2 金属平板较薄,必要时应设置加强肋增加其刚度并保持板面平整。作为面板的支承边时,加强肋是面板区格的不动支座,所以应保证中肋与边肋、中肋与中肋的可靠连接,满足传力要求。一些工程中,中肋只考虑用作保证面板平整度,不作为面板支承边,此时,中肋只与面板连接,不与边肋或单层铝板的板边连接,中肋两端处于无支座的浮动状态,无法作为区格面板的支承边,此时,面板计算时不宜考虑中肋的支承边作用。
6.4.3 金属板材的周边,无论有无边肋,均可以产生转动,所以计算时,可以作为简支边考虑;通常荷载或作用是均匀分布的,中肋两侧的板区格同时受力,当跨度相等或接近时,基本上不发生明显的板面转动,计算时可作为固定边考虑。当采用非线性有限元方法计算带肋面板时,边肋的约束条件可以考虑为垂直于板面方向的线位移为零。   
    弹性薄板的计算公式为:
上述公式是假定板的变形为小挠度,板只承受弯曲作用,只产生弯曲应力而面内薄膜应力可忽略不计。因此,公式的适用范围是挠度不大于板厚(即df≤t)。当面板的挠度大于板厚时,该计算公式将会产生显著的误差,即计算得到的应力σ和挠度df比实际情况大,而且随着挠度与板厚之比加大,计算的应力和挠度会偏大到工程不可接受的程度,失去了计算的意义。按偏大的计算结果设计板材,不仅会使材料用量大大增多,而且规定的应力和挠度控制条件也失去了意义。
    通常金属面板的挠度都允许到边长的1/60,对于区格边长为500mm、厚度为3mm的铝板,挠度允许值8mm已超过板厚的2倍,此时应力、挠度的计算值比实际值大50%~80%。用计算挠度df小于边长的1/60来控制,与预期的控制值相比严了许多。承载力计算也有类似情况。
    为此,对于金属面板计算,应对现行小挠度条件的应力和挠度计算结果考虑适当折减(参照本规程第6.1.6条、6.1.7条条文说明)。
    英国B.Aalami 和D.G.Williams 对不同边界的矩形薄板进行了系统计算,详见本规程第6.1.5条条文说明,据此编制了本规程正文表6.4.3。具体数值对比见本规程第6.1.5条条文说明。
    由本规程第6.1.5条条文说明可知,修正系数η随θ下降很快,即按小挠度公式计算的应力量挠度可以折减很多。为安全稳妥,在编制表6.4.3时,取了较计算结果偏大的数值,留有充分的余地。同样在计算板的挠度df时,也宜考虑类似的折减系数η,见本规程第6.1.5条条文说明。
    由于板的应力与挠度计算中,泊松比v的影响很有限,折减系数η原则上也近似适用于不同金属板的应力和挠度计算。
    铝塑复合板和铝蜂窝复合板为三层夹芯板,各层材料的力学性能不同,进行应力和挠度计算时,板的力学特性由等效截面模量We和等效刚度De表达。We和De由夹层板的弯曲试验得出。在计算其参数θ值时,公式(6.4.3-4)的分母应采用Et3,也可近似用11.2Dete代替,此处v采用0.25。
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采光顶与金属屋面技术规程 JGJ255-2012
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