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      輕鋼結構檁條間連接設計探討

      作者:趙紅    
      時間:2011-12-22 10:59:40 [收藏]
      分析了輕鋼結構的特點,結合工程經驗,重點探討了輕鋼結構檁條的設計與構造。
          關鍵詞:輕鋼結構 檁條 拉條
        1 輕鋼結構的特點
        (1) 自重輕
         輕鋼結構構件多為薄壁型鋼,自重很輕,特別是圍護系統,壓型鋼板加保溫層等圍護系統重量僅為鋼筋混凝土結構的8%左右,結構本身負荷少,地震作用小,可以減少地基和基礎費用,特別適合舊房加層,幾乎不增加荷載。
        (2) 力學性能好
         強度高,力學性能好,特別適合大跨度結構。從梁高跨比來看,鋼筋混凝土結構一般為1:12,鋼結構為1:24,差一倍,對輕鋼結構就來說差距就更明顯了,鋼筋混凝土結構要做到30米以上跨度就比較困難,也不經濟,而采用輕鋼結構就相對簡單的多。
        (3)制作和施工周期短,質量易控制
         輕鋼結構構件工廠加工制作,建筑材料是成品或半成品,現場組裝。工廠制作全天候作業,現場施工,施工機械簡單機械化程度高,不必支模拆模,構件工廠批量生產,縮短了制作和施工周期。另外,工廠加工精度高,尺寸誤差小,現場多為螺栓連接,質量容易控制。
        (4)造價低,綜合指標好
         輕鋼結構能快速發展的一個重要原因就是用材省,成本低,與傳統鋼筋混凝土結構相比,工效提高1/4~1/3,加上后期圍護費用,也比鋼筋混凝土結構有經濟優勢。
        (5)綠色環保
         鋼材是綠色環保材料,施工中可避免混凝土濕作業造成的環境噪聲污染,有害氣體排放減少,而且可以拆卸回收再利用,符合節能環保的要求。
        輕鋼結構圍護系統的承重構件一般由C型檁條、Z型檁條承擔,檁條設計的合理與否直接影響圍護系統的造價。
        2 輕鋼結構圍護系統設計
        2.1屋面檁條設計
        2.1.1 設計原則
        屋面檁條計算和拉條的設置有關,如果屋面板采用自攻螺釘與檁條固定,保證屋面板與檁條可靠連接,能阻止檁條上翼緣側向位移和扭轉,此時只需計算檁條強度,但這種板型因溫度變形能力和防水能力較差,現在已經較少采用。
        目前采用較多的是暗扣式板型,這種連接方式在溫度變化較大時屋面板能產生滑動,不宜將它假定為能阻止檁條上翼緣側向位移和扭轉,除了計算檁條強度,還需計算其穩定性。              
        在恒載、活載及風壓力作用下,檁條上翼緣受壓,拉條應設置在檁條上翼緣1/3處,如圖1所示。在風吸力作用下使檁條下翼緣受壓,拉條不能保證檁條下翼緣的側向位移和扭轉,如果計算時要考慮拉條能約束檁條下翼緣,此時應在檁條下翼緣1/3處同樣設置拉條,如圖2兩種形式。
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        2.1.2 設計方法
        檁條計算時應和工程實際情況相對應,采用哪種公式要根據屋面板板型和拉條的設置情況來確定,特別是現在普遍采用計算機軟件來設計,一個選項或參數設錯,就直接影響計算結果。
        當屋面板能阻止檁條側向位移和扭轉時,可不做檁條穩定性驗算,采用CECS102-2002中6.3.7-1計算;當屋面板不能阻止檁條側向位移和扭轉時,按CECS102-2002中6.3.7-2計算。對于屋面采用單層彩鋼板的結構,構造不能保證檁條下翼緣的穩定性,且按習慣做法拉條設置在檁條上翼緣,此時下翼緣在風吸力作用下的穩定計算考慮兩種情況:(1)僅在上翼緣設拉條,(2)設雙層拉條
        通過具體實例進行對比拉條的設置情況對檁條計算的影響:
        某輕鋼廠房柱距6m,邊緣帶檁距1.5m,鋼材Q235,基本風壓0.55KN/m2,風壓高度變化系數1.14,屋面坡度1/20,恒載0.2KN/?設兩道拉條,經計算,截面由風吸力控制,檁條下翼緣計算結果表1所示:(采用中國建筑科學研究院PKPM STS 2008版計算)

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        由此可見:當風吸力起主要控制作用時,設置雙層拉條比增大檁條截面更經濟。
        需要指出的是,此處如果屋面板能阻止檁條上翼緣側向失穩,可僅在檁條下翼緣設置拉條,計算結果與設雙層拉條是一樣的。
         
        2.2墻梁設計
        2.2.1 設計原則
        墻梁設計與屋面檁條設計類似,同樣要考慮墻板、拉條的約束作用。不同的是墻板有自承重和非自承重兩種,要根據具體情況具體分析。另外,墻梁設計時根據構造條件的不同要考慮雙彎矩B的影響。
        2.1.2 設計方法
        根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》8.3.1條及其條文說明,兩側掛墻板的墻梁和一側掛墻板、另一側設有可阻止其扭轉變形的拉桿的墻梁,可不計彎扭雙力矩的影響(即可取B=0),此時可僅進行墻梁的強度計算。因此對于非自承重的墻板,應在檁條內外設置雙側拉條,對于自承重墻板,可僅在內側設置拉條。
        對于風吸力作用下內翼緣的穩定性計算,與屋面檁條類似,墻板一般采用自攻螺釘與檁條固定,可認為墻板能阻止墻梁外翼緣側向失穩。
        同樣舉例,某輕鋼廠房柱距6m,邊緣帶檁距1.5m,鋼材Q235,基本風壓0.55KN/m2,風壓高度變化系數1.14,設兩道拉條,經計算,截面由風吸力控制,檁條下翼緣計算結果表2所示:(采用中國建筑科學研究院PKPM STS 2008版計算)

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        由此可見:拉條設置在墻梁內側比增大檁條截面更經濟。
        而對于非自承重墻板,宜在墻梁內外設雙側拉條,外側拉條可以作為墻板在自重作用下墻梁的豎向支點。在墻板頂部和窗戶下的墻梁處應同時設置斜拉條和直撐桿,將拉力傳至剛架柱或墻架柱,底部墻梁一般固定在墻垛或矮墻上,整體穩定有保證,故底部墻梁處可不設斜拉條和直撐桿。
         
        3 結論
        輕鋼結構圍護系統設計時,要重視構造措施對提高結構穩定性的作用,應根據彩鋼板板型及連接方式選擇合理的構造設計措施;構件計算時若是穩定起控制作用,應首先通過構造手段解決構件穩定性,而不是盲目加大構件截面或提高鋼材等級等手段,從而降低造價以求得更好的經濟效益。
         
        參考文獻:
        [1] 中國工程建設標準化協會標準. 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程CECS 102:2002北京:中國計劃出版社,2003
        [2] 國家標準. 冷彎薄壁型鋼結構技術規范GB 50018-2002 北京:中國計劃出版社,2002
        [3] 汪一駿等.鋼結構設計手冊(第三版)北京:中國建筑工業出版社,2002
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