轻钢结构檩条间连接设计探讨

发布于：2015-07-22 14:40:22 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

1 轻钢结构的特点
(1) 自重轻
轻钢结构构件多为薄壁型钢，自重很轻，特别是围护系统，压型钢板加保温层等围护系统重量仅为钢筋混凝土结构的8％左右，结构本身负荷少，地震作用小，可以减少地基和基础费用，特别适合旧房加层，几乎不增加荷载。
(2) 力学性能好
强度高，力学性能好，特别适合大跨度结构。从梁高跨比来看，钢筋混凝土结构一般为1：12，钢结构为1：24，差一倍，对轻钢结构就来说差距就更明显了，钢筋混凝土结构要做到30米以上跨度就比较困难，也不经济，而采用轻钢结构就相对简单的多。
(3)制作和施工周期短，质量易控制
轻钢结构构件工厂加工制作，建筑材料是成品或半成品，现场组装。工厂制作全天候作业，现场施工，施工机械简单机械化程度高，不必支模拆模，构件工厂批量生产，缩短了制作和施工周期。另外，工厂加工精度高，尺寸误差小，现场多为螺栓连接，质量容易控制。
(4)造价低，综合指标好
轻钢结构能快速发展的一个重要原因就是用材省，成本低，与传统钢筋混凝土结构相比，工效提高1/4～1/3,加上后期围护费用，也比钢筋混凝土结构有经济优势。
(5)绿色环保
钢材是绿色环保材料，施工中可避免混凝土湿作业造成的环境噪声污染，有害气体排放减少，而且可以拆卸回收再利用，符合节能环保的要求。
轻钢结构围护系统的承重构件一般由C型檩条、Z型檩条承担，檩条设计的合理与否直接影响围护系统的造价。
2 轻钢结构围护系统设计
2.1屋面檩条设计
2.1.1 设计原则
屋面檩条计算和拉条的设置有关，如果屋面板采用自攻螺钉与檩条固定，保证屋面板与檩条可靠连接，能阻止檩条上翼缘侧向位移和扭转，此时只需计算檩条强度，但这种板型因温度变形能力和防水能力较差，现在已经较少采用。
目前采用较多的是暗扣式板型，这种连接方式在温度变化较大时屋面板能产生滑动，不宜将它假定为能阻止檩条上翼缘侧向位移和扭转，除了计算檩条强度，还需计算其稳定性。
在恒载、活载及风压力作用下，檩条上翼缘受压，拉条应设置在檩条上翼缘1/3处，如图1所示。在风吸力作用下使檩条下翼缘受压，拉条不能保证檩条下翼缘的侧向位移和扭转，如果计算时要考虑拉条能约束檩条下翼缘，此时应在檩条下翼缘1/3处同样设置拉条，如图2两种形式。

2.1.2 设计方法
檩条计算时应和工程实际情况相对应，采用哪种公式要根据屋面板板型和拉条的设置情况来确定，特别是现在普遍采用计算机软件来设计，一个选项或参数设错，就直接影响计算结果。
当屋面板能阻止檩条侧向位移和扭转时，可不做檩条稳定性验算，采用CECS102-2002中6.3.7-1计算；当屋面板不能阻止檩条侧向位移和扭转时，按CECS102-2002中6.3.7-2计算。对于屋面采用单层彩钢板的结构，构造不能保证檩条下翼缘的稳定性，且按习惯做法拉条设置在檩条上翼缘，此时下翼缘在风吸力作用下的稳定计算考虑两种情况：(1)仅在上翼缘设拉条，(2)设双层拉条
通过具体实例进行对比拉条的设置情况对檩条计算的影响：
某轻钢厂房柱距6m，边缘带檩距1.5m，钢材Q235，基本风压0.55KN/m2，风压高度变化系数1.14，屋面坡度1/20，恒载0.2KN/?设两道拉条，经计算，截面由风吸力控制，檩条下翼缘计算结果表1所示：（采用中国建筑科学研究院PKPM STS 2008版计算）

由此可见：当风吸力起主要控制作用时，设置双层拉条比增大檩条截面更经济。
需要指出的是，此处如果屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳，可仅在檩条下翼缘设置拉条，计算结果与设双层拉条是一样的。

2.2墙梁设计
2.2.1 设计原则
墙梁设计与屋面檩条设计类似，同样要考虑墙板、拉条的约束作用。不同的是墙板有自承重和非自承重两种，要根据具体情况具体分析。另外，墙梁设计时根据构造条件的不同要考虑双弯矩B的影响。
2.1.2 设计方法
根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》8.3.1条及其条文说明，两侧挂墙板的墙梁和一侧挂墙板、另一侧设有可阻止其扭转变形的拉杆的墙梁，可不计弯扭双力矩的影响（即可取B=0），此时可仅进行墙梁的强度计算。因此对于非自承重的墙板，应在檩条内外设置双侧拉条，对于自承重墙板，可仅在内侧设置拉条。
对于风吸力作用下内翼缘的稳定性计算，与屋面檩条类似，墙板一般采用自攻螺钉与檩条固定，可认为墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳。
同样举例，某轻钢厂房柱距6m，边缘带檩距1.5m，钢材Q235，基本风压0.55KN/m2，风压高度变化系数1.14，设两道拉条，经计算，截面由风吸力控制，檩条下翼缘计算结果表2所示：（采用中国建筑科学研究院PKPM STS 2008版计算）

由此可见：拉条设置在墙梁内侧比增大檩条截面更经济。
而对于非自承重墙板，宜在墙梁内外设双侧拉条，外侧拉条可以作为墙板在自重作用下墙梁的竖向支点。在墙板顶部和窗户下的墙梁处应同时设置斜拉条和直撑杆，将拉力传至刚架柱或墙架柱，底部墙梁一般固定在墙垛或矮墙上，整体稳定有保证，故底部墙梁处可不设斜拉条和直撑杆。

3 结论
轻钢结构围护系统设计时，要重视构造措施对提高结构稳定性的作用，应根据彩钢板板型及连接方式选择合理的构造设计措施；构件计算时若是稳定起控制作用，应首先通过构造手段解决构件稳定性，而不是盲目加大构件截面或提高钢材等级等手段，从而降低造价以求得更好的经济效益。