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輕鋼結(jié)構(gòu)檁條間連接設(shè)計探討

作者:趙紅    
時間:2011-12-22 10:59:40 [收藏]
分析了輕鋼結(jié)構(gòu)的特點,結(jié)合工程經(jīng)驗,重點探討了輕鋼結(jié)構(gòu)檁條的設(shè)計與構(gòu)造。
    關(guān)鍵詞:輕鋼結(jié)構(gòu) 檁條 拉條
    1 輕鋼結(jié)構(gòu)的特點
    (1) 自重輕
     輕鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件多為薄壁型鋼,自重很輕,特別是圍護系統(tǒng),壓型鋼板加保溫層等圍護系統(tǒng)重量僅為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的8%左右,結(jié)構(gòu)本身負荷少,地震作用小,可以減少地基和基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)。從梁高跨比來看,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般為1:12,鋼結(jié)構(gòu)為1:24,差一倍,對輕鋼結(jié)構(gòu)就來說差距就更明顯了,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要做到30米以上跨度就比較困難,也不經(jīng)濟,而采用輕鋼結(jié)構(gòu)就相對簡單的多。
    (3)制作和施工周期短,質(zhì)量易控制
     輕鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠加工制作,建筑材料是成品或半成品,現(xiàn)場組裝。工廠制作全天候作業(yè),現(xiàn)場施工,施工機械簡單機械化程度高,不必支模拆模,構(gòu)件工廠批量生產(chǎn),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(xiàn)場多為螺栓連接,質(zhì)量容易控制。
    (4)造價低,綜合指標好
     輕鋼結(jié)構(gòu)能快速發(fā)展的一個重要原因就是用材省,成本低,與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有經(jīng)濟優(yōu)勢。
    (5)綠色環(huán)保
     鋼材是綠色環(huán)保材料,施工中可避免混凝土濕作業(yè)造成的環(huán)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(jié)能環(huán)保的要求。
    輕鋼結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)的承重構(gòu)件一般由C型檁條、Z型檁條承擔,檁條設(shè)計的合理與否直接影響圍護系統(tǒng)的造價。
    2 輕鋼結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)設(shè)計
    2.1屋面檁條設(shè)計
    2.1.1 設(shè)計原則
    屋面檁條計算和拉條的設(shè)置有關(guān),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(cè)向位移和扭轉(zhuǎn),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(xiàn)在已經(jīng)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(chǎn)生滑動,不宜將它假定為能阻止檁條上翼緣側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn),除了計算檁條強度,還需計算其穩(wěn)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(shè)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(cè)向位移和扭轉(zhuǎn),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(shè)置拉條,如圖2兩種形式。
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    2.1.2 設(shè)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(jù)屋面板板型和拉條的設(shè)置情況來確定,特別是現(xiàn)在普遍采用計算機軟件來設(shè)計,一個選項或參數(shù)設(shè)錯,就直接影響計算結(jié)果。
    當屋面板能阻止檁條側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時,可不做檁條穩(wěn)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(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時,按CECS102-2002中6.3.7-2計算。對于屋面采用單層彩鋼板的結(jié)構(gòu),構(gòu)造不能保證檁條下翼緣的穩(wěn)定性,且按習慣做法拉條設(shè)置在檁條上翼緣,此時下翼緣在風吸力作用下的穩(wěn)定計算考慮兩種情況:(1)僅在上翼緣設(shè)拉條,(2)設(shè)雙層拉條
    通過具體實例進行對比拉條的設(shè)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(shù)1.14,屋面坡度1/20,恒載0.2KN/?設(shè)兩道拉條,經(jīng)計算,截面由風吸力控制,檁條下翼緣計算結(jié)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(shè)置雙層拉條比增大檁條截面更經(jīng)濟。
    需要指出的是,此處如果屋面板能阻止檁條上翼緣側(cè)向失穩(wěn),可僅在檁條下翼緣設(shè)置拉條,計算結(jié)果與設(shè)雙層拉條是一樣的。
     
    2.2墻梁設(shè)計
    2.2.1 設(shè)計原則
    墻梁設(shè)計與屋面檁條設(shè)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(jù)具體情況具體分析。另外,墻梁設(shè)計時根據(jù)構(gòu)造條件的不同要考慮雙彎矩B的影響。
    2.1.2 設(shè)計方法
    根據(jù)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》8.3.1條及其條文說明,兩側(cè)掛墻板的墻梁和一側(cè)掛墻板、另一側(cè)設(shè)有可阻止其扭轉(zhuǎn)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(nèi)外設(shè)置雙側(cè)拉條,對于自承重墻板,可僅在內(nèi)側(cè)設(shè)置拉條。
    對于風吸力作用下內(nèi)翼緣的穩(wěn)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(cè)向失穩(wěn)。
    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(shù)1.14,設(shè)兩道拉條,經(jīng)計算,截面由風吸力控制,檁條下翼緣計算結(jié)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(shè)置在墻梁內(nèi)側(cè)比增大檁條截面更經(jīng)濟。
    而對于非自承重墻板,宜在墻梁內(nèi)外設(shè)雙側(cè)拉條,外側(cè)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(shè)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(wěn)定有保證,故底部墻梁處可不設(shè)斜拉條和直撐桿。
     
    3 結(jié)論
    輕鋼結(jié)構(gòu)圍護系統(tǒng)設(shè)計時,要重視構(gòu)造措施對提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用,應根據(jù)彩鋼板板型及連接方式選擇合理的構(gòu)造設(shè)計措施;構(gòu)件計算時若是穩(wěn)定起控制作用,應首先通過構(gòu)造手段解決構(gòu)件穩(wěn)定性,而不是盲目加大構(gòu)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(jīng)濟效益。
     
    參考文獻:
    [1] 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準. 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB 50018-2002 北京:中國計劃出版社,2002
    [3] 汪一駿等.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊(第三版)北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002
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