轻型钢结构讲义(4).ppt

第 四 章 墙 架 与 龙 骨 14.1 概要 轻质墙通常采用压型钢板、夹芯板、石棉瓦等轻质材料作为墙板，墙板可单侧或双侧挂在墙梁上，并通过墙梁将墙体自重及水平荷载传至承重柱（或墙架柱）和基础。轻质墙可减轻结构自重，满足各项使用要求，缩短施工周期，具有较好的技术经济效益。墙梁通常采用冷弯薄壁型钢制作，常用截面为卷边C型钢、卷边Z型钢和槽钢，窗框上下及门框上的横梁，宜采用冷弯薄壁方管或矩形管。与热轧槽钢、角钢或工字钢墙梁相比，可节省钢材30左右，且制作、运输、安装比较方便。近年来各类建筑的内隔墙和吊顶也广泛采用冷弯薄壁型钢龙骨（又称轻钢龙骨），与以往的隔墙及吊顶相比具有自重轻、抗震性能好、施工简便且美观等诸多优点。24-2 墙梁 4-2.1 基本规定 墙梁主要承受水平风荷载，的主平面置于水平方向，并采用支托支承于柱外侧，墙梁通常紧贴柱外侧与焊在柱上的角钢支托通过螺栓相连。槽钢槽口可向上或向下放置，实际工程多采用向下布置，因向上布置易积水、积灰，会加速墙梁锈蚀。Z 型钢墙梁通常平放在角钢支托上，其截面主轴与水平线略有倾斜，计算中需考虑此倾角。在水平荷载作用下，墙梁通常设计成单跨简支梁，柱距较小时可设计成两跨连续梁。xxyyxxyy如图所示，宜将刚度较大3 当柱距大于6m时，常在两柱中间加设墙架柱，按两等跨连续梁计算；设置隅撑的办法按三跨连续梁计算，进而减小墙梁跨中的弯矩和挠度，同时隅撑为墙梁内肢提供侧向支承点。计算简图如右所示。槽钢或 Z 型钢墙梁垂直于地面方向的刚度较弱，必须设置竖向支撑，即在墙梁的竖向平面中设置拉条系统，墙梁中拉条的设置同屋面拉条的设置。拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱或墙架柱上，一般每隔 5 根墙梁设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重。隅撑柱墙梁6m l 10m斜拉条拉条墙梁（a）（b）如图所示，也可如右图所示通过4 墙体不高时，可在柱顶设置小桁架与拉条相连，墙体自重经由拉条通过小桁架传至柱顶。当采用单层墙板时，墙板通常挂于墙梁外侧，在墙体自重作用下墙梁将发生扭转，如图（a）所示将拉条设置于靠墙板一侧的1/3腹板高度范围内。当采用双层轻质墙板时，将墙板挂于墙梁两侧，墙板能有效地阻止墙梁的扭转变形，拉条宜设置于墙梁中央的竖向平面内，如图（b）所示。墙梁的竖向支撑亦可采用如图（c）、（d）所示的形式，由两道平行的或交叉的拉条组成柔性抗扭支撑；或如（e）图所示，由冷弯薄壁槽钢或方（矩形）管制成的刚性抗扭支撑。（a）（d）（c）（b）（e）墙梁拉条拉条撑杆墙梁如图所示，5 抗扭支撑可减小墙梁的扭转变形，提高墙梁的整体稳定性。刚性抗扭支撑还可把墙体荷载直接传至基础，使传力简捷、直接。在竖向荷载（墙体自重）作用下，无拉条的简支墙梁按简支梁计算，跨中设有一道拉条和跨间设有两道拉条的简支墙梁可分别按两跨和三跨连续梁计算。墙梁与压型钢板墙板的连接，可以采用6mm的自攻螺钉在压型钢板波谷处与墙梁相连，也可采用6mm的钩头螺栓在压型钢板波峰处与墙梁相连。每块压型钢板在同一水平处与墙梁的连接应不少于3个连接件，相邻墙梁处的连接件应交错布置。自攻螺钉墙梁压型钢板钩头螺栓（a）（b）如图所示，64-2.2 墙梁的荷载与受力分析 作用于墙梁的荷载有竖向荷载和水平风荷载。竖向荷载包括墙体（墙板和保温、隔热材料等）自重、墙梁自重、玻璃窗自重等永久荷载，还可能存在雨蓬上的可变荷载，如雪荷载或屋面均布活荷载、积灰荷载等。设计墙梁时，通常考虑下列两种荷载组合：竖向荷载设计值+水平风压力设计值（迎风面）；竖向荷载设计值+水平风吸力设计值（背风面）。水平风荷载q y产生弯矩Mx，对于跨越一个柱距的墙梁，按单跨简支梁计算；跨越两个柱距的墙梁，按两跨连续梁计算；以角隅撑作为支撑的墙梁按三跨连续梁计算。按结构力学方法计算跨中及支座处的弯矩；跨中及支座处的弯矩也可按下表采用。7檩 条（墙 梁）的 内 力 计 算 檩条形式 拉 条设 置 由q y产生的弯矩Mx 由q x产生的弯矩My 单 跨 简 支 檩 条 无拉条 跨 中有 一 道 拉条 三分点处各有一道拉条 双 跨 连 续 檩 条 无拉条 每跨跨中有 一道拉条 8 竖向荷载qx产生的弯矩My可根据墙梁跨间拉条的设置情况计算，拉条可作为墙梁的支承点，按结构力学方法计算跨中及支座处的弯矩。跨中及支座处的弯矩也可按上表采用。在竖向荷载qx和水平风荷载q y作用下，墙梁承受的剪力按结构力学方法计算，也可按下表采用。墙 梁 剪 力 Vx 的 计 算 图 式 拉 条 数 荷 载 简 图 剪 力 Vx 图最大支座反力 无 拉 条 0.5qxl跨中一道拉条 0.625q x l跨中三分点处 设两道拉条 0.367q x l0.5q x l0.5q x l0.313q x l0.188q x l0.188q x l0.313q x l0.2q x l0.133q x l0.133q x l0.2q x l0.167q x l0.167q x llqxqxl/2l/2qxl/3l/3l/39 墙 梁 剪 力 Vy 的 计 算 图 式4-2.3 墙梁的强度与稳定计算 当墙板放在墙梁外侧且不落地时，其重力荷载即竖向荷载q x及水平风荷载q y不通过墙梁截面的剪切中心，墙梁为荷载偏离截面弯心且与主轴倾斜的受弯构件，应考虑双力矩的影响。简支墙梁的抗弯强度按下式计算：墙 梁 类 别 荷 载 简 图 剪 力 Vy 图最大支座反力单跨简支梁 0.5q y l两跨连续梁 1.25q y l0.5q y l0.5q y l0.625q y l0.375q y l0.375q y l0.625q y llqyqyl/2l/2xye0osqxqy如图所示，10 式中：Mx、My：对截面主轴x、y轴的弯矩；Wenx、Weny：对截面主轴x轴和y轴的有效净截面 模量；B：与所取弯矩同一截面的双力矩，简支梁的双力矩按附录采用；W：与弯矩引起的应力同一验算点处的 毛截面扇性模量。当不能在构造上保证整体稳定性时，还应按下式计算其稳定性：式中：Wex、Wey：对截面主轴x轴和y轴的受压边缘 的有效截面模量；bx：冷弯薄壁型钢墙梁的整体稳定系 数，采用绕强轴弯曲的稳定系数。11 如果墙梁两侧均设置墙板并与墙梁牢固连接，或者墙梁一侧设有墙板另一侧设置可阻止墙梁扭转变形的拉条和撑杆，可认为构造上能保证墙梁的整体稳定性。仅计算强度即可，此时强度计算中可不计双力矩的影响。需要指出的是，当墙梁一侧设有墙板并与墙梁牢固连接时，不能认为墙梁的稳定性得到保证，因外侧挂墙板的墙梁上作用背风面风荷载时，此时远离墙板侧的墙梁翼缘受压，仍需按上式验算墙梁的整体稳定性。x 轴和 y 轴方向的抗剪强度可分别按下式计算：式中：Vxmax、Vymax：竖向荷载设计值qx和水平风荷载设 计值qy所产生的剪力的最大值；f v：钢材抗剪强度设计值；12 b0、h0：墙梁截面沿截面主轴 x、y方向的计算高 度，取相交板件连接处两内弧起点间的距 离；t：墙梁截面的厚度。4-2.4 墙梁的刚度计算 墙梁在竖向荷载 qx作用下产生挠度，在水平风荷载q y作用下产生水平变位，应分别按单跨简支梁和多跨连续梁计算，拉条可作为支承点。墙梁的水平变位和竖向挠度可按以下两表采用。墙梁水平变位和竖向挠度的最大值均应满足下式要求：式中 ：按荷载标准值算得的墙梁竖向挠度和水 平变位的最大值；13 ：墙梁的容许挠度值，按规范采用，墙梁的容许挠度与其跨度之比为：压型钢板、瓦楞铁墙面的水平方向为1/150；窗洞顶部的墙梁水平和竖直方向为1/200，且竖 向挠度不得大于10mm，否则会影响窗扇的开启。圆钢拉条直径不宜小于10mm，所需截面面积应通过计算确定。拉条视为墙梁跨间的竖向支承，其内力按连续梁的支承反力计算，也可直接采用前面列表墙梁剪力Vx的计算图式中的最大支座反力。14 墙 梁 水 平 变 位 计 算 公 式 类 别 荷 载 简 图最大水平变位计算公式仅跨越一个柱距 跨越两个柱距 设 有 角 隅 撑lq kyq kyl/2l/2q kyl/3l/3l/3 拉 条 设 置 荷 载 简 图最大竖向挠度计算公式 无 拉 条 跨中一道拉条 跨 间 三 分 点 处 两 道 拉 条墙 梁 竖 向 挠 度 计 算 公 式 lq kxq kxl/2l/2q kxl/3l/3l/31516