溫室推拉門組合式門邊柱設(shè)計(jì)方法

2021-04-27 01:36:14

農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2021年4期

承建溫室工程的過程中經(jīng)常會(huì)遇到要求加大推拉門尺寸的情況，以方便一些大型車輛的出入，而且要求用鋁合金推拉門。例如有溫室案例要求推拉門尺寸為寬× 高=4 m×3.2 m，每扇門如圖1。為保證推拉門能夠承受10 級(jí)風(fēng)（W0=0.40 kPa），首先需要考慮是否有專用門邊柱鋁型材。在未找到合適專用門邊柱鋁型材的情況下，不得不采用普通鋁合金矩形管來代替。青島藍(lán)天溫室有限公司選擇尺寸為120 mm×60 mm×1.2 mm 的6063-T5 鋁合金型材，然后在鋁管內(nèi)插入鍍鋅板折成的槽鋼（圖2），用一種組合結(jié)構(gòu)的門邊柱來解決此問題，其橫截面如圖3。

該組合結(jié)構(gòu)門邊柱需通過計(jì)算來明確鍍鋅板槽鋼的截面尺寸。冷彎槽鋼用鍍鋅板（Q235）制作，其屈服點(diǎn)σs=215 MPa。設(shè)風(fēng)荷載垂直作用在每扇門上，最終由各門扇的兩個(gè)邊柱承載。每扇門在上下導(dǎo)軌間靠滑輪左右移動(dòng)，每個(gè)門邊柱受力情況視為一簡支梁（圖4），受力彎矩見圖5。

假設(shè)風(fēng)荷載垂直作用在門上，且風(fēng)荷載為均布荷載，按照GB/T51183-2016《農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》基本風(fēng)壓W0=0.40 kN/m2，則有：

圖1 推拉門/mm

圖2 冷彎槽鋼/mm

圖3 門邊柱截面/mm

圖4 門邊柱受力圖/mm

圖5 門邊柱受力彎矩圖/mm

式中：Wk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2；

W0—基本風(fēng)壓，kN/m2，W0=0.40 kN/m2；

μs—局部風(fēng)壓體型系數(shù)，μs=1.2。

μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，μz=1

βgz—陣風(fēng)系數(shù)，βgz=1.7

代入得：

每扇門受風(fēng)荷載：

式中：A—單扇門面積，m2，A=3.2×2=6.4 m2。

代入得：

單個(gè)門邊柱受的均布荷載：

式中：L—門邊柱上下支點(diǎn)間距離，m，L=3.2 m。

代入得：

所有符合此數(shù)值地區(qū)均可使用此設(shè)計(jì)，假設(shè)組合式門邊柱在風(fēng)荷載作用下，其鋁合金矩形管與鍍鋅板槽鋼是同時(shí)起作用的，即它們所產(chǎn)生的撓度是相等的：

式中：f1—鋁合金矩形管在風(fēng)荷載下的最大撓度，mm；

f2—鍍鋅板槽鋼在風(fēng)荷載下的最大撓度，mm。

鋁合金門邊柱在風(fēng)荷載作用下最大撓度規(guī)定為≤20 mm[1]。

用簡支梁在均布荷載下求撓度的公式可求出每個(gè)門邊柱的最大撓度：

式中：fmax—門邊柱在風(fēng)荷載下的最大撓度，cm，fmax=2 cm。

得：

式中：q1、q2—分別為鋁合金矩形管與鍍鋅板槽鋼所受到的風(fēng)荷載之均布荷載，kN/m；

E1、E2—分別為鋁合金矩形管與鍍鋅板槽鋼的材料彈性模量，MPa，E1=0.7×105MPa、E2=2×105MPa；

I1、I2—分別為鋁合金矩形管與鍍鋅板槽鋼的截面軸慣性矩，cm4，I1=28.72 cm4；

代入（2）得：

因?yàn)閝1+q2=q

得出q2=q-q1

將q2值代入（3）得：

由于鍍鋅板槽鋼截面的外形尺寸受鋁合金矩形管內(nèi)腔尺寸所限，所以僅需決定其壁厚即可。通過試算，當(dāng)壁厚為2.5 mm 時(shí)，其截面軸慣性矩I2=18.6 cm4，大于初設(shè)計(jì)算值17.8 cm4，這樣，組合式截面二種材料承擔(dān)的均布荷載就會(huì)發(fā)生變化，而必須進(jìn)行修正。

通過式（2）與（3），可得：