【钢结构·探讨】钢铝组合截面构件如何计算？

2023-04-17 09:05:34

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前段时间做幕墙设计的网友问我，幕墙结构中常见的钢铝组合截面杆件该如何计算？

一般这种组合截面有如下两种——叠合式组合截面（图a）和组合式组合截面（图b）。

叠合式组合截面，钢型材外套铝型材，仅嵌套，不加连接，忽略钢铝之间的摩擦，受弯时位移协调；组合式组合截面，钢铝型材之间有抗剪连接件，受弯时能完全或部分按平截面假定工作（由抗剪连接件强弱和间距决定）。

有文献资料（龚沁华、李硕，“钢铝组合截面杆件的设计”，《钢结构》，2003（1））从材料力学方法推导公式来解决这个计算问题。

叠合式组合截面公式推导如下：

对于组合式截面，论文按完全平截面假定，将铝和钢型材根据弹性模量的比值进行面积折算后按组合截面进行计算。但实际上对于抗剪连接件较少（极端情况就构件两端和中部设置）的情况不一定适用，会有误差。因为此时并不完全符合材料力学中构件处处满足平截面假定的要求。

手算，还不一定准确，好多人一看就发怵。咋办？

实际上考虑目前的计算手段，完全可以按软件建模直接计算的方式来解决钢铝组合截面构件的受力计算。

钢和铝型材分别按梁单元，简支构件建模，分割为足够多的梁单元（越多越精确）。

对于叠合式组合截面构件——按分布的链杆（刚度足够大，两端铰接）考虑强制位移协调条件，如下图。

对于组合式组合截面构件——按实际抗剪连接件的分布，采用刚性杆模拟即可（见下图）。模型中刚性杆长度有点讲究，正常应为铝型材个钢型材形心间距（如形心重合，可取一个很短的长度来近似模拟）。当然有些程序中有节点强制位移功能的（比如Midas Gen中的主从节点），建模更方便，直接将抗剪连接件处用主从节点将钢铝型材构件的梁节点位移强制设为一致即可。

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