轻型钢结构蒙皮效应的应用分析

李硕

华北水利水电大学（450045）

轻型钢结构蒙皮效应的应用分析

李硕

华北水利水电大学（450045）

这里主要介绍了蒙皮效应的相关概念，通过对比国内外蒙皮效应应用的发展研究，分析了国内在蒙皮应用领域发展滞后的相关因素，提出了一些相应的改进措施，具有一定的现实与经济意义。

轻钢结构；蒙皮效应；应用分析

轻型钢结构通常由组合蒙皮板和主体框架组成。在目前应用比较广泛的轻钢及其围护结构中，压型钢板以其轻巧、高强度、美观、安装便捷等优点得到广泛应用，不仅用于工业厂房等很多工业建筑，而且很多民用建筑也用它作屋面板和墙板等围护结构。

1 蒙皮效应的概念及其工作原理

蒙皮效应是指在建筑物的表面覆盖材料(屋面板和墙板)，利用覆盖材料自身的刚度和强度对建筑物整体刚度进行加强。蒙皮效应的原理：围护板与檩条、板与板之间通过紧固件连接起来,形成了以檩条作为其肋的一系列隔板，这种板在平面内具有相当大的刚度，类似于薄壁深梁中的腹板，檩条类似于薄壁深梁中的加劲肋，板的四周连接墙梁或檩条类似于薄壁深梁中的翼缘。这种构造具有蒙皮效应的功能，可以用来传递板平面内的剪力，承受板平面内的各种荷载作用。

根据蒙皮效应的工作原理，蒙皮构造必须满足以下条件：

板的周边与墙梁或檩条固定连接；

四周的构件与板的连接强度须能够传递板平面内和平面外的荷载；

蒙皮面板的抗剪承载能力取决于板的材性、板型、板厚、檩条刚度与间距、连接构造与自攻螺钉的强度和布置密度等。

2 蒙皮效应的研究状况

从20世纪50年代国外学者发现了建筑中围护体系的蒙皮效应后，国内外许多的专家学者就开始对蒙皮问题进行了系统、深入的研究。

2.1 国外研究状况

1955年,美国康奈尔大学的Winte对不同板型、板跨的50多个足尺蒙皮体进行了蒙皮性能试验，研究板型、板跨等参数变化对蒙皮性能的影响，试验为以后的研究提供了大量数据，为受力蒙皮问题的研究及应用奠定了坚实的基础。

美国Luttrell对焊接连接和螺钉连接的受力蒙皮进行了大量试验，提出了估算受力蒙皮刚度的半经验公式。

1968年，Bryan在大量试验研究基础上，提出了蒙皮剪切柔度和剪切刚度的计算方法和公式。

2.2 国内研究状况

我国在这方面的研究比较晚。近二三十年来，随着我国钢产量的增长，压型钢板及其相关技术的发展，以压型钢板作为围护体系的钢结构建筑逐渐得到了推广，这为我国对于压型钢板应力蒙皮效应的研究提供了基础。

1985年，哈尔滨建筑工程学院张耀春教授对V-115压型钢板进行了蒙皮基本性能试验研究。1987年,在冷弯薄壁型钢结构规范管理组的支持下,成立了冷弯型钢蒙皮结构研究课题组，分别在哈尔滨建筑工程学院、南京建筑工程学院、重庆建筑工程学院和冶金部建筑研究总院开展试验研究工作。

张耀春教授的科研团队陆续对蒙皮效应问题进行了一系列的研究，研究了自攻螺钉连接的受力蒙皮组合体的平面抗剪性能，进行了大小尺寸试件的对比试验，提出了非对称受力模型概念，并给出了强度和刚度的简化公式。武振宇等采用悬臂梁试验对多跨檩条的蒙皮体性能进行了试验研究，研究檩条数量对蒙皮体抗剪强度的影响，提出了分析边部板件应建立非对称受力模型的建议[1]。

3 蒙皮效应在工程中的应用

近几十年来，各发达国家都相继出版了自己的蒙皮设计规程，在许多工程实践中蒙皮设计都得到了成功的应用。

我国在蒙皮效应应用领域虽然起步较晚，但也有一些具有参考价值的工程应用,如我国于1974年在鞍钢1 700 m2轧机工程中首次采用压型钢板作为厂房围护结构；东南大学和南京市建筑设计研究院设计的南京市图书新馆钢屋盖桁架,跨度为64 m，桁架上、下弦轴线高度仅1.1 m。

4 国内在蒙皮效应应用中存在的问题

我国在蒙皮效应应用领域的研究开展较晚，相关的规范制定还不成熟，维护体系蒙皮效应的应用在国内发展相对缓慢，主要有下列原因[2]：

目前，国内很多专家学者对蒙皮效应的应用研究只限于理论上的理解，对于蒙皮效应的实际应用的设计理念、施工技术、使用维护等没有具体的操作方法和技术。国内设计师一致认为，蒙皮效应是不能量化的，只能是结构偏安全的一种考虑，虽然认为蒙皮效应是存在的，但在计算中不能考虑其对柱平面外的有利作用，现在无法考虑蒙皮能起多大的作用，结构还是相对安全点好。这一保守观点，限制了蒙皮效应在轻型钢结构中的应用，使结构的设计工作与实际工作状态不一致。

目前,常见的压型钢板厚度为：0.75 mm、0.9 mm、1.2 mm几种，国内能够加工的最大厚度为1.5 mm。国内的冷弯C型钢，壁厚一般在3 mm以上。壁厚越小，单价越高，特别是壁厚小于1.5 mm的镀锌冷弯薄壁型钢大部分依靠进口，这样材料成本增加,不利于轻型钢结构体系的发展，更不利于蒙皮效应的应用。

相关研究的组织性、系统性不强。一部分研究人员的研究目的并非是推广蒙皮效应的应用，而是为了申请职称或学位，此类型的研究没有深入性和后继性，而且缺乏系统性。没有一个相应的权威机构或组织对该方面的试验研究和理论研究进行支持和组织。

5 结语

轻型钢结构蒙皮效应是值得结构工程界及广大结构工程师注意的一个很重要的问题。在我国，钢结构蒙皮效应研究无论在理论方面还是试验方面都不够成熟,运用于设计实践更是缺乏规范依据。近二三十年来，我国研究人员在充分借鉴国外较为成熟的研究成果的基础上，结合我国的维护结构材料开展了大量富有成效的试验与理论分析工作，为应力蒙皮效应的设计方法尽快引入工程的具体设计实践奠定了一定的学术研究基础,但其中仍存在很多的不足，有关方面尚需完善。

[1]张新中,殷晓三,祁术洪.蒙皮效应在轻钢建筑中的应用分析[J].深圳土木与建筑,2009(3).

[2]何剡江.蒙皮效应在轻钢结构中的应用[D].杭州：浙江工业大学,2007.