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第十届全国现代结构工程学术研讨会 蒙皮效应的研究进展 王成强 张婷 (山东三力建筑设计有限公司。山东济南250100) (山东建筑大学土木工程学院：山东济南250101) 摘要：轻型钢结构发展迅速，在我国应用越来越广泛，本文初步探讨了轻型钢结构中蒙皮效应的作用与机理， 简述了国 内外对受力蒙皮作用的研究成果及现状，指出了我国在这方面研究的不足之处，展望了该结构体系在我国的发展前 景。 关键词：轻钢结构蒙皮蒙皮效应 一、引言 蒙皮这一结构概念来自于飞机和轮船，它是在纵横肋上蒙上金属薄板而形成的带肋薄壳结构，蒙皮与 肋共同工作，蒙皮自身在其平面内具有很大的拉、压和剪切强度，且由于有肋的作用，蒙皮不会失稳。近 年来，轻钢结构在我国发展很快，这种结构中的屋面和墙体主要采用各种不同类型的压型钢板或夹芯钢板， 压型金属板作为围护结构的同时，还可以承受围护结构平面内的载荷，即具有平面内的抗剪能力，称为结 构的蒙皮效应¨1。它可以同时作为承重结构的一部分，从而提高结构的强度和刚度，并有效控制结构的 侧移。国外在受力蒙皮方面有很多试验和理论研究，而且在规范中明确提出考虑该效应时的设计方法，并 已运用于工程上，且带来了经济效益。国内学术界对围护板的蒙皮效应已有不少理论研究，一些企业对蒙 皮效应也有过系统的经验研究‘21。据统计，考虑蒙皮效应可节省10％左右的钢材‘11。 二、蒙皮效应产生的机理及应用条件n¨31 (一)蒙皮作用的基本原理 最早，人们是从图1所示的坡屋项门式刚架结构中认识到受力蒙皮作用的。框架在垂直荷载的作用下， 屋脊有向下、屋檐有向外运动的趋势。但如果屋面板在平面内不出现变形，这类位移就不可能发生。屋面 板在自身平面内有较大的刚度，它与支承檩条一起形成类似于深梁结构抵抗上述变形。檩条的作用类似于 梁的翼缘，承受由弯曲作用引起的轴向力，屋面板则起着梁腹板的作用承受剪力。 对于如图2所示的平屋顶结构，侧向水平荷载直接作用在檐口标高处屋面板的平面内，因此，该屋面 板也象上述的深板梁，凭借受力蒙皮作用，可有效地承受该水平荷载。这种形式的受力蒙皮作用相当有效， 以至于往往有可能完全依靠这种屋面板来保证其稳定性而无需刚接框架或抗风支撑。在上述两种结构中可 以看到。受力蒙皮作用的效果依赖于两端山墙的约束作用，但一般这种约束并不是为了受力蒙皮作用。因 此，无论设计者是否意识到，受力蒙皮作用总是存在的。 显然，受力蒙皮作用只对水平荷载有利，而对于垂直荷载是不起作用的。因此，对于坡屋顶框架结构 所承受的竖向荷载，受力蒙皮作用的有效程度取决于屋面的坡度，坡度越小，受力蒙皮作用越弱。 工业建筑2010增刊 1183 第十届全国现代结构T程学术研讨会 1一抵抗屋面板中作用力的山墙拉杆：2一屋面板： 3一屋面板中的受剪区：4一边缘构件中的翼缘内力 图1 承受垂直荷载作用的坡屋顶门架结构中的受力蒙皮作用 1一屋面板：2一屋面板中的受剪区： 3一如同深板梁作用的屋面板把荷载传到山墙上： 4一边缘构件中的翼缘内力 图2 承受水平荷载作用的平屋顶门架结构的受力蒙皮作用 ()受力蒙皮结构构造必须满足的条件¨1 要保证有效利用蒙皮效应，建筑物的蒙皮构造必须满足以下的条件： (1)设置适用的结构件和连接件，以便把隔板作用产生的内力有效传递到主刚架上，蒙皮作为深梁腹 板起抗剪作用，其弯曲变形和弯曲约束忽略不计： (2)铺板单元间接缝应采用焊接、铆接或以自攻螺钉或其它类似的紧固件固定，要求在使用期间紧固 件不得松动、拔出，并在面板或铺板材料撕裂前不得出现剪切破坏； (3)面板两端应采用焊接或通过自攻螺钉、射钉、螺栓或其它紧固件穿过波谷直接固定在支撑构件上， 要求在使用期间紧固件不得松动，并在覆面材料撕裂前不得出现剪切破坏。不宜使用靠摩擦传递剪力的钩