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檩条和墙梁的正确设计方法

2019年07月15日 来源: 土木吧 作者:李国胜

简介: 檩条和墙梁的正确设计方法 ,因此,对这些问题进行分析总结有现实意义。

0 引 言

门式刚架轻型房屋钢结构(简称门式刚架)是指承重结构采用变截面或等截面实腹刚架,围护系统采用轻型钢屋面和轻型外墙的单层房屋,在厂房建筑中应用非常广泛。其中檩条和墙梁的设计较复杂,涉及到屋面板和墙板的约束问题,拉条设置问题,角区、边区和中间区风荷载系数取值问题,屋面积雪分布系数取值问题,高低屋面及相邻房屋有高低差时较低屋面的雪堆积和漂移取值问题,墙梁是否承担墙板自重问题,抗风柱与钢梁下翼缘相连时在山墙风荷载作用下端开间檩条产生附加拉力问题,等等。笔者在长期的施工图审查工作中,发现绝大多数檩条和墙梁设计图纸都有错误。因此,对这些问题进行分析总结有现实意义。

1 檩条计算

1.1 檩条计算公式

对于实腹式檩条计算,《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015[1](简称门刚规范)第9.1.5条规定应符合下列要求(由于檩条计算不由抗剪强度控制,因此,以下均不涉及檩条抗剪强度问题):

(1)门刚规范第9.1.5条第1款规定:当屋面能阻止檩条侧向位移和扭转时,实腹式檩条可仅做强度计算,不做整体稳定计算。抗弯强度可按下列公式计算:

Mx’/Wenx’≤f (1)

式中:Mx’为腹板平面内的弯矩设计值,N.mm;Wenx’为按腹板平面内计算的有效净截面模量(对冷弯薄壁型钢)或净截面模量(对热轧型钢),mm3;f为钢材抗弯强度设计值,N/mm2。

(2)门刚规范第9.1.5条第2款规定:当屋面不能阻止檩条侧向位移和扭转时,应按下式计算檩条的稳定性:

Mx/(ψbyWenx)+My/Weny≤f (2)

式中:Mx、My分别为对截面主轴x、y轴的弯矩设计值,N.mm;Wenx、Weny分别为对截面主轴x、y轴的有效净截面模量(对冷弯薄壁型钢)或净截面模量(对热轧型钢),mm3;ψby为梁的整体稳定性系数,冷弯薄壁型钢构件按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018,热轧型钢构件按现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017的规定计算。

(3)门刚规范第9.1.5条第3款规定:在风吸力作用下,受压下翼缘的稳定性应按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018的规定计算;当受压下翼缘有内衬板约束且能防止檩条截面扭转时,整体稳定性可不做计算。

1.2 檩条计算的荷载组合

一般情况下檩条设计采用下面两种(最不利)荷载组合:

第1种荷载组合(向下):p1=1.2恒载+1.4(活载+0.6风载(压力)+0.9积灰)。

第2种荷载组合(向上):p2=1.0恒载+1.4风载(吸力)。

1.3 计算书中“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”的选项问题

用程序计算檩条时,计算书中有“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”的选项,勾选时为满足门刚规范第9.1.5条第1款“屋面能阻止檩条侧向位移和扭转”;不勾选时为门刚规范第9.1.5条第2款“屋面不能阻止檩条侧向位移和扭转”。

由于檩条设计的第1种荷载组合是檩条上翼缘受压,计算书中“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”选项非常重要,勾选时,仅需按门刚规范第9.1.5条第1款做强度计算;不勾选时,需按门刚规范第9.1.5条第2款进行檩条整体稳定性计算,为满足抗弯承载力,需要的檩条截面比勾选时大。

笔者在图纸审查时发现,几乎所有设计都勾选“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”,实际上不一定正确。屋面板与檩条的连接方式有三种,图1为国家标准图集15G108-6[2]第54页三种做法:直立缝锁边连接(图1(a))、扣合式连接(图1(b))和螺钉连接(图1(c))。门刚规范第

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(a)直立缝锁边连接

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(b)扣合式连接

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(c)螺钉连接

图1屋面板与檩条的连接方式

11.1.6条规定:“当采用直立缝锁边连接或扣合式连接时,屋面板不能作为檩条的侧向支撑;当屋面板采用螺钉连接时,屋面板可作为檩条的侧向支撑。”因此,只有在屋面板与檩条采用螺钉连接时,才能勾选“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”。由于实际施工时,屋面板与檩条连接有可能采用直立缝锁边连接或扣合式连接,即使图纸中注明“屋面板与檩条采用螺钉连接”,施工单位也有可能没注意这个要求,而采用直立缝锁边连接或扣合式连接,将出现重大安全隐患。因此,建议计算时,不勾选“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”。如果一定要勾选,则务必在图纸中注明“屋面板与檩条采用螺钉连接”,并且在图纸会审时,强调这个问题,在主体验收时对此进行核查。

1.4 计算书中“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”选项问题

用程序设计檩条时,计算书中有“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”选项,勾选时为满足门刚规范第9.1.5条第3款“受压下翼缘有内衬板约束且能防止檩条截面扭转”;不勾选时为门刚规范第9.1.5条第3款受压下翼缘无内衬板约束,不能防止檩条截面扭转。

由于檩条设计的第2种荷载组合是檩条下翼缘受压,“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”选项非常重要,按门刚规范第9.1.5条第3款规定,勾选时,檩条可仅做强度计算,不做整体稳定性计算;不勾选时,檩条需做整体稳定性计算,为满足抗弯承载力,需要的檩条截面比勾选时大。

为弄清什么情况下勾选“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”,必须了解屋面构造及其与檩条连接方法。如果屋面不设保温层,则屋面只有一层压型钢板与檩条上翼缘连接(图1),下翼缘没有压型钢板连接,此时不应勾选“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”。如果房屋需做保温层,则按照国家标准图集01J925-1[3](简称01J925-1),有两种形式:

1.4.1 压型钢板复合保温屋面

压型钢板复合保温屋面是以檩条作为支撑及固定骨架,骨架顶板为单层压型钢板,骨架底板为装饰板;顶板、底板之间设保温及隔热层。根据使用要求,屋面装饰底板可采用单层压型钢板、钢丝网、强力聚丙烯膜或强力玻纤布等。当底板为压型钢板时,为双层压型钢板复合保温屋面;当底板不是压型钢板时,为单层压型钢板复合保温屋面。

压型钢板复合保温屋面与檩条连接方法有两种,第1种为顶板、底板分别固定在钢梁上翼缘和下翼缘(底板与檩条下翼缘必须采用螺钉连接),见图2(a),即01J925-1第49页大样;第2种为顶板、底板均固定在钢梁上翼缘(底板与檩条上翼缘必须采用螺钉连接),见图2(b),即01J925-1第50页大样。只有双层压型钢板复合保温屋面且为第1种连接方法时,才能勾选“构造能保证下翼缘风吸力作用稳定性”。檩条计算时,如果不确定屋面与檩条的连接方法,就偏于安全地不勾选“构造保证风吸力作用下翼缘受压的稳定性”。

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1.4.2 夹芯板屋面

夹芯板屋面是将彩色涂层钢板面板及底板与保温芯材通过粘结剂(或发泡)复合而成的保温复合围护板材,必须通过螺钉与檩条上翼缘连接。因此,这种屋面不能勾选“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”。

1.5 风荷载系数分区选择问题

从门刚规范第4.2.2条第4款可以看出,对于风压力,整个屋面风荷载系数是一样的;对于风吸力来说,角区、边区和中间区风荷载系数不一样(当檩条受荷面积不小于10m2时,双坡屋面角区和边区风荷载系数一样),角区风荷载系数绝对值最大,即风吸力最大,中间区风荷载系数绝对值最小,即风吸力最小。因此,计算时应分别选择角区、边区和中间区进行计算,或偏于安全地均按角区计算。当然,当檩条设计由第1种荷载组合控制时,与风吸力无关,计算选择角区、边区和中间区对计算结果无影响。这种情况主要出现在基本风压较小、设置了下层拉条或勾选“构造能保证下翼缘风吸力作用稳定性”的情况下。

1.6 雪荷载屋面积雪分布系数取值及雪堆载和漂移问题

(1)一般情况下,第1种荷载组合中“活载”

取0.5KN/m2和按门刚规范第4.3.1条求出的雪荷载标准值Sk中的较大值。按门刚规范第4.3.1条,Sk=μrS0,其中S0为100年重现期的基本雪压,KN/m2;μr为屋面积雪分布系数。门刚规范第4.3.5条第1款规定:“檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用”。屋面积雪分布系数μr按门刚规范第4.3.2条取值:对于单跨单坡屋面,整个屋面均取1.0;对于单跨双坡屋面,整个屋面取1.25;双跨双坡(即双跨且每跨均为双坡)屋面,两个屋脊以外取1.0,两个屋脊之间按如下方法取值:两个屋脊处取1.0,正中间(即两跨相连处)为2.0,两个屋脊之间屋面按插入法求得,且不得小于1.4;当屋面坡度≤1/20时,整个双跨双坡屋面均可取1.0;多跨双坡(即多跨且每跨均为双坡)屋面积雪分布系数取值与双跨双坡屋面取值相同。另外,笔者建议,对于双跨且每跨均为单坡的屋面,参照单跨双坡屋面取值。

需要说明的是,按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012[4](简称荷载规范)第7.2.1条,对于单跨单坡屋面,坡度≤25o时,屋面积雪分布系数取1.0;按照荷载规范第7.2.1条“注:1”,对于单跨双坡屋面,仅当屋面坡度在20o~30o之间时,屋面积雪分布系数取1.25,其他情况下均取1.0;按照荷载规范第7.2.1“注:3”,对于双跨双坡屋面,当屋面坡度≤25o时,屋面积雪分布系数取1.0;按照荷载规范第7.2.1“注:4”,多跨屋面积雪分布系数,可参照双跨双坡屋面规定采用。由于按照门刚规范第5.2.3条规定,门式刚架屋面坡度一般为1/8~1/20,即屋面坡度角θ为7.13o~2.86o,因此,按荷载规范,门式刚架的单跨单坡屋面、单跨双坡屋面、双跨双坡屋面和多跨屋面积雪分布系数均可取1.0。

由此可以看出,门刚规范规定的屋面积雪分布系数取值比荷载规范规定的取值大。笔者曾就此问题咨询过童根树老师,他回答说这些规定是套用美国规范的。笔者认为,美国规范制定时可能是考虑到门式刚架对雪荷载敏感的特殊性而提高了要求。

(2)对于高低屋面及相邻房屋屋面有高差时(包括屋面有长度大于4.5m的突出物,如女儿墙),较低屋面应按门刚规范第4.3.3条计算雪堆积(漂移),然后第1种荷载组合中“活载”取0.5KN/m2和雪堆积(漂移)中的较大值。这里需要提醒的是,低于屋面的雨篷也应参照高低屋面的雪堆积取值。

1.7 端开间檩条在山墙风荷载作用下产生附加拉力问题

当抗风柱与钢梁下翼缘相连时,抗风柱位置的钢梁加劲肋相当于杠杆,刚性系杆为不动铰支座,抗风柱在风荷载作用下,上端将水平力传给钢梁下翼缘,钢梁下翼缘向内移动,钢梁上翼缘向外移动。由于钢梁有一定的抗扭刚度,将带动端开间所有檩条向外移动,从而端开间檩条产生附加拉力。下面分析檩条在该附加拉力作用下,是否需加大截面。

檩条设计采用最不利荷载组合,按门刚规范第4.2.1条式(4.2.1),风荷载标准值ωk=βμwμzω0,其中,μz为风压高度变化系数;ω0为50年重现期的基本风压;β为系数,对于檩条取1.5;μw为风荷载系数。因此,檩条设计采用最不利荷载组合也就是采用绝对值最大的风荷载系数μw。而抗风柱承受最大风荷载时,风力作用方向垂直于山墙,此时屋面檩条风荷载系数不是绝对值最大的风荷载系数,当其与绝对值最大的风荷载系数相差较多时,便有荷载富余,就可利用它弥补檩条的附加拉力。檩条正常设计时,风荷载系数按门刚规范第4.2.2条第4款取值, 抗风柱承受最大风荷载时,屋面檩条风荷载系数按门刚规范第4.2.2条第2款取值。通过对比可知,双坡屋面及单坡屋面的低区被纵向边缘带宽度a覆盖的端开间檩条,当受荷面积A>=10m2时荷载富余较少,需加大截面,在受荷面积比10m2小的较多时荷载富余较多,一般不需加大截面;其余位置端开间檩条荷载富余均较多,均不需加大截面。对于需加大截面的檩条,准确计算其附加拉力很困难(越靠近抗风柱檩条附加拉力越大,越往中间,檩条附加拉力越小),因此,准确计算檩条截面加大量也很困难。为此,笔者建议,在正常设计时,端开间被纵向边缘带宽度a覆盖的檩条保留不少于20%的强度富余,以弥补设计未考虑附加压力的不足。

2 檩条拉条设置

2.1 檩条拉条数量

门刚规范第9.3.1条规定:跨度大于4米但不大于6米时,在跨度中点设一道;跨度大于6米但不大于9米时,在檩条跨度三分点各设一道;跨度大于9米但不大于12米时,在檩条跨度四分点各设一道。

2.2 檩条拉条位置

门刚规范第9.3.2条规定:拉条可设在距檩条翼缘1/3腹板高度范围内。当采用门刚规范第9.1.10条图9.1.10-3(a)的连接方式(即每根拉条一端靠近较低檩条的上翼缘,另一端靠近较高檩条的下翼缘)时,门刚规范第9.1.10条条文说明指出:“如拉条采用两端分别靠近上、下翼缘的连接方式(图9.1.10-3(a))),则要求屋面板能约束檩条上翼缘的侧向位移。”即屋面板与檩条上翼缘采用螺钉连接。否则,这种连接方式既不能约束檩条上翼缘,也不能约束檩条下翼缘。由于拉条只能受拉不能受压,因此,即使屋面板与檩条采用螺钉连接,也只能约束檩条上翼缘,不能约束檩条下翼缘。

2.3 檩条上层拉条

在讨论上层拉条设置问题之前,我们先了解下面三种情况对计算结果的影响:第1种情况:上翼缘有压型钢板用螺钉连接;第2种情况:上翼缘无压型钢板用螺钉连接但设置了上层拉条;第3种情况:上翼缘无压型钢板用螺钉连接且未设上层拉条。

前面已经谈到,第1种情况檩条只需按式(1)做强度计算;第2种情况檩条需按式(2)进行整体稳定性计算,式(2)与式(1)相比,不仅多了第二项“My/Weny”,而且第一项分母中有梁的整体稳定性系数ψby(小于1.0);第3种情况檩条计算方法与第2种情况相同,但梁的整体稳定性系数ψby大小不同。按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018或《钢结构设计标准》GB50017的规定计算梁的整体稳定性系数ψby时,ψby计算公式中有关参数取值与“跨中无侧向支承”、“跨度中点有一个侧向支承点”或“跨中有不少于两个等距离侧向支承点”有关。第2种情况下,ψby计算公式中有关参数按“跨度中点有一个侧向支承点”(跨度不大于6m,设一根拉条)或“跨中有不少于两个等距离侧向支承点”(跨度大于6m,设两根或三根拉条)取值;第3种情况下,ψby计算公式中有关参数按“跨中无侧向支承”取值,比第2种情况计算出的ψby小。因此,可以得出如下结论:在弯矩大小相同的情况下,第1种情况需要的檩条截面最小,第3种情况需要的檩条截面最大,第2种情况需要的檩条截面居中(该结论同样适合于檩条下翼缘、墙梁内翼缘设置拉条的情况)。

因此,当屋面板与檩条采用直立缝锁边连接或扣合式连接时,必须设置上层拉条,否则不经济。当设计明确要求屋面板与檩条上翼缘采用螺钉连接时,理论上可不设上层拉条,但考虑到施工可能出现错误,采用直立缝锁边连接或扣合式连接,如果此时又未设上层拉条,那就相当于按上述第1种情况设计、按第3种情况受力,檩条抗弯承载力将大大减小,出现重大安全隐患,因此,建议此时仍设上层拉条。总之,建议任何情况下,均设上层拉条。

2.4 檩条下层拉条

如果下翼缘有压型钢板相连(图2(a)),则不需设下层拉条。除此之外,是否需设下层拉条,原则上取决于檩条计算是否由第2种荷载组合控制。具体设计时,可先按不设下层拉条计算,检查是否由第2种荷载组合控制,如由第2种荷载组合控制,则设下层拉条,重新计算,以减小檩条截面;如不由第2种荷载组合控制,可不设下层拉条。

2.5 计算檩条时“拉条作用”勾选问题

用程序计算檩条时,计算书中有“拉条作用”选项,设置上层或下层拉条时,勾选“约束檩条上翼缘”或“约束檩条下翼缘”;同时设置上、下层拉条,勾选“约束檩条上、下翼缘”。但如果上翼缘或下翼缘有压型钢板采用螺钉相连,计算时勾选了“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”或勾选了“构造能保证下翼缘风吸力作用稳定性”,就不再进行上翼缘或下翼缘受压的整体稳定计算,“拉条作用”是否勾选“约束墙梁上翼缘”或“约束墙梁下翼缘”对计算结果无影响。

3 墙梁计算

3.1 墙梁计算公式

对于单侧挂墙板的墙梁计算,门刚规范规定强度和稳定计算应符合下列要求(由于墙梁计算不由抗剪强度控制,因此,以下均不涉及墙梁抗剪强度问题):

(1)门刚规范第9.4.4条第1款规定:在承受朝向面板的风压时,墙梁的抗弯强度可按下列公式计算:

Mx’/Wenx’+My’/Weny’≤f (3)

式中:Mx’、My’分别为水平荷载和竖向荷载产生的弯矩,N.mm,当墙体(墙板)底部端头自承重时,My’=0;Wenx’、Weny’分别为绕竖向轴x’和水平轴y’的有效净截面模量(对冷弯薄壁型钢)或净截面模量(对热轧型钢),mm3。

(2)门刚规范第9.4.4条第2款规定:仅外侧设有压型钢板的墙梁在风吸力作用下的稳定性,可按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018的规定计算。

(3)门刚规范第9.4.5条规定:双侧挂墙板的墙梁,应按应门刚规范第9.4.4条计算朝向面板的风压力和风吸力作用下的强度;当有一侧墙板底板端头自承重时,My’和Vx’,max均可取0。其中,Vx’,max为竖向荷载产生的剪力。

3 .2 墙梁计算的荷载组合

一般情况下墙梁设计采用下面三种荷载组合:

第1种荷载组合:p1=1.2恒载+1.4风压力。

第2种荷载组合:p2=1.2恒载+1.4风吸力。

第3种荷载组合:p2=1.35恒载。

3.3 墙梁计算书中“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”选项问题

墙梁计算书中有“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”选项,从国家标准图集01J925-1、01J925-2[5]、01J925-3[6]可以看出,无论采用何种墙板(标准图集称“墙板”为“墙体”),至少外层压型钢板必须与墙梁外翼缘通过螺钉连接,因此,应勾选“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”。

3.4墙梁计算书中“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”选项问题

计算书中有“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”选项,勾选时为“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”;不勾选时为门刚规范第9.4.4条第2款中墙梁“仅外侧设有压型钢板”的情况。

由于檩条设计的第2种荷载组合是墙梁内翼缘受压,“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”选项非常重要。按门刚规范第9.4.4条第2款规定,“仅外侧设有压型钢板”的墙梁应计算风吸力作用下的稳定性。

同檩条情况一样,为弄清什么情况下勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”,必须了解墙板构造及其与墙梁连接方法。如果墙板不设保温层,则墙板只有一层压型钢板,且与墙梁外翼缘采用螺钉连接,此时不应勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”。如果墙板需做保温层,按照01J925-1,有两种形式:

(1)压型钢板复合保温墙板

压型钢板复合保温墙板是以墙梁作为支撑及固定骨架,骨架外板为单层压型钢板,骨架内板为装饰板;外板、内板之间设保温及隔热层。根据使用要求,装饰内板可采用单层压型钢板、纸面石膏板及水泥加压板等。当内板为压型钢板时,叫作双层压型钢板复合保温墙板;当内板不是压型钢板时,叫作单层压型钢板复合保温墙板。

单层压型钢板复合保温墙板的外板(压型钢板)必须用螺钉与墙梁外翼缘连接,双层压型钢板复合保温墙板外板(压型钢板)和内板(压型钢板)必须分别用螺钉与墙梁外翼缘和内翼缘连接。因此,只有双层压型钢板复合保温墙板才能勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”。墙梁计算时,如果不确定内翼缘是否有压型钢板相连,就偏于安全地不勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”。

(2)同夹芯板屋面一样,夹芯板墙板是将彩色涂层钢板面板及底板与保温芯材通过粘结剂(或发泡)复合而成的保温复合围护板材,必须通过螺钉与墙梁外翼缘连接。因此,这种墙体不应勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”。

3.5 风荷载系数分区选择问题

从门刚规范第4.2.2条第3款可以看出,对于风压力,所有墙面风荷载系数是一样的;对于风吸力来说,角区和中间区风荷载系数不一样,角区风荷载系数绝对值大些,即风吸力大些。因此,计算时应分别选择角区和中间区进行计算,或偏于安全地均按角区计算。

3.6 是否需考虑墙板自重

由于压型钢板墙板能够自承重,而且从01J925-1~3可以看出,压型钢板墙板下端落在砌块墙体上,因此,按照门刚规范第9.4.4条和第9.4.5条,不需考虑墙梁承担压型钢板墙板自重。当墙板为压型钢板复合保温墙板且内板不是压型钢板时,则应了解内板能否自承重,如不能自承重(如纸面石膏板),则应考虑墙梁承担内板自重。但笔者从施工单位了解到,由于工期等原因,施工时有可能先安装上部压型钢板墙板,后施工下部砌块墙体,此时墙梁需承担上部压型钢板墙板自重。因此,应在图中注明外墙应先施工下部砌块墙体,后施工上部压型钢板墙板,上部压型钢板墙板支承在下部的砌块墙体上,不能由墙梁承担上部压型钢板墙板自重。如果必须先施工上部压型钢板墙板,则建设单位应在墙梁制作前与设计人员联系,设计人员重新按墙梁承担压型钢板自重修改设计。

4 墙梁拉条设置

4.1 墙梁拉条数量

门刚规范第9.4.3条规定:跨度大于4米但不大于6米时,在跨度中点设一道;跨度大于6米时,在檩条跨度三分点各设一道。

4.2 墙梁拉条位置

约束受压翼缘的拉条可设在距墙梁翼缘1/3腹板高度范围内;仅承担墙板自重的拉条可设在腹板高度中点位置。

4.3 墙梁外层拉条

由于墙体至少有一层外板(压型钢板)与墙梁外翼缘连接,能阻止墙梁外翼缘侧向失稳,因此,可不设外层拉条。

4.4 墙梁内层拉条

内层拉条在墙体为双层压型钢板复合保温墙板时可以不设,其他情况下均应设内层拉条,否则不经济。如果设计时不确定是双层压型钢板复合保温墙板,就偏于安全地设内层拉条。

4.5 承担墙板自重的拉条

当需要拉条承担墙板自重或墙梁自重时,可在腹板高度中点位置设拉条;如果需设拉条约束墙梁内翼缘,则内翼缘拉条可兼做承重拉条,不需再在腹板高度中点位置设承重拉条。拉条能减小墙板自重作用下弯矩计算跨度,从而减小墙梁截面,节约造价。

4.6 计算墙梁时“拉条作用”勾选问题

用程序计算墙梁时,计算书中有“拉条作用”选项,设置内层拉条后,计算时“拉条作用”就可勾选“约束墙梁内翼缘”,但如果内翼缘有压型钢板采用螺钉连接,计算时勾选“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”,就不再进行内翼缘受压的整体稳定计算,“拉条作用”是否勾选“约束墙梁内翼缘”对计算结果无影响;外层拉条本来可不设,如果设了,由于计算时勾选“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”,不再进行外翼缘受压的整体稳定计算,“拉条作用”是否勾选“约束墙梁外翼缘”对计算结果也无影响。

5 结论

(1)檩条计算时,应注意以下问题:

1)“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”的选项不得随意勾选,只有在屋面板与檩条采用螺钉连接时(图1(c))才能勾选;当屋面板与檩条采用直立缝锁边连接(图1(a))或扣合式连接(图1(b))时不能勾选。如果不确定屋面板与檩条采用何种连接方式,则应偏于安全地不勾选。

2)“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”选项不得随意勾选,只有在屋面板为双层压型钢板复合保温屋面且下层压型钢板与檩条下翼缘连接(图2(a))时才能勾选;其他情况下,均不能勾选。如果不确定采用何种屋面及其与檩条的连接方式,则应偏于安全地不勾选。

3)由于屋面角区、边区和中间区风荷载系数(吸力)不一样(角区风荷载系数绝对值最大,中间区风荷载系数绝对值最小),因此,檩条应分别选择角区、边区和中间区进行计算,或偏于安全地均按角区计算。

4)一般情况下,檩条设计第1种荷载组合中“活载”取0.5KN/m2和按门刚规范第4.3.1条求出的雪荷载标准值Sk中的较大值;对于高低屋面及相邻房屋屋面有高差时(包括屋面有长度大于4.5m的突出物,如女儿墙),较低屋面应按门刚规范第4.3.3条计算雪堆载(漂移),然后第1种荷载组合中“活载”取0.5KN/m2和雪堆载(漂移)中的较大值;低于屋面的雨篷也应参照高低屋面的雪堆载取值。

5)当抗风柱与钢梁下翼缘相连,抗风柱承受风压时,端开间檩条有附加拉力,正常设计时,端开间被纵向边缘带宽度a覆盖的檩条应保留一定的强度富余(建议为20%),以弥补设计未考虑附加压力的不足。

(2)檩条拉条设置应注意以下问题:

1)采用门刚规范第9.1.10条图9.1.10-3(a)的连接方式(即每根拉条一端靠近较低檩条的上翼缘,另一端靠近较高檩条的下翼缘)时,屋面板与檩条应采用螺钉连接,否则,拉条既不能约束檩条上翼缘,也不能约束檩条下翼缘。

2)当屋面板与檩条采用直立缝锁边连接(图1(a))或扣合式连接(图1(b))时,应设上层拉条,否则,不经济;当设计明确要求屋面板与檩条上翼缘采用螺钉连接(图1(c))时,理论上可不设上层拉条,但考虑到施工可能出现错误,采用直立缝锁边连接或扣合式连接,如果此时又未设上层拉条,檩条抗弯承载力将大大减小,出现重大安全隐患,因此,建议此时仍设上层拉条。总之,建议任何情况下均设上层拉条。

3)满足下列两种情况之一时可不设下层拉条,其他情况下,为了经济合理,均应设下层设拉条:

①有压型钢板与檩条下翼缘采用螺钉连接(图2(a))时;

②基本风压较小,檩条计算由第1种荷载组合控制时。

(3)墙梁计算时,应注意以下问题:

1)始终可以勾选“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”选项,因为墙板必须通过螺钉与墙梁外翼缘连接。

2)“构造保证风吸力内翼缘侧向稳定性”选项不得随意勾选,只有在墙板为双层压型钢板复合保温墙板时才能勾选。如果不能确定墙板为双层压型钢板复合保温墙板,则应偏于安全地不勾选。

3)由于角区和中间区风荷载系数(吸力)不一样(角区风荷载系数绝对值较大),因此,墙梁应分别选择角区和中间区进行计算,或偏于安全地均按角区计算。

4)墙梁计算可不考虑压型钢板墙板自重,但应在图中注明外墙应先施工下部砌块墙体,后施工上部压型钢板墙板,上部墙板支承在下部砌块墙体上,不能由墙梁承担上部墙板自重。当墙板为压型钢板复合保温墙板且内板不是压型钢板时,如内板不能自承重(如纸面石膏板),则应考虑墙梁承担内板自重。

(4)墙梁拉条设置应注意以下问题:

1)因为墙板必须通过螺钉与墙梁外翼缘连接,因此,可不设外层拉条。

2)在墙板为双层压型钢板复合保温墙板时,可不设内层拉条;其他情况下,均应设内层拉条,否则,不经济。

3)仅承担墙板自重或墙梁自重的拉条可设在腹板高度中点位置;约束墙梁内翼缘的拉条可兼做承重拉条。

参考文献

[1] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范:GB51022-2015[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[2] 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》图示:15G108-6[S]:中国计划出版社,2017.

[3] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造:01J925-1[S]:中国计划出版社,2006.

[4] 建筑结构荷载规范:GB50009-2012[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[5] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(二):01J925-2[S]:中国计划出版社,2007.

[6] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(三):01J925-3[S]:中国计划出版社,2008.

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