轻型钢结构讲义(5).ppt

第 三 章 轻 型 屋 面 构 件 13.1 轻型屋面的构造形式 3-1.1 屋面材料 轻型钢结构的屋面材料，宜采用轻质高强、耐热、防火、保温和隔热性能好、构造简单、施工方便、并能工业化生产的建筑材料。常用的屋面材料有纤维水泥波形瓦、加筋纤维水泥中波瓦、压型钢板、夹芯板、加气混凝土屋面板、发泡水泥复合板（太空板）、塑料瓦、瓦楞铁、黏土瓦、钢丝网水泥波形瓦、预应力混凝土槽瓦等轻型屋面材料。1.纤维水泥波形瓦 此种屋面瓦自重0.20kN/m2，在国内属于广泛采用的传统性材料。具有自重轻、美观、施工简便等特点；除适用于工业和民用建筑的屋面材料外，还可以做墙体围护材料。2纤维水泥波形瓦3 纤维水泥瓦的材性存在着脆性大、易开裂破损、吸水后产生收缩龟裂和挠曲变形等缺陷。2.加筋纤维水泥中波瓦 这种屋面瓦自重0.20kN/m2，是继过去试制的加筋小波瓦发展起来的新品种。它是利用短纤维水泥加一层 1.41515mm 钢丝网（2kg/m2）制成的，比一般纤维水泥瓦大大提高了抗折强度，改变了受荷破坏时骤然脆断的现象，也减少了运输安装过程中的损耗率。它的最大支点距离可达1.5m，比不加筋纤维水泥瓦增大近一倍，但在工程中总的用钢量并没有增加，而且适用于高温和振动较大的车间。这是一种有发展前途的瓦材，目前成本仍稍高。4 3.压型钢板 压型钢板是采用镀锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板等作原料，经辊压冷弯成各种波形的压型板；它具有轻质高强、美观耐用、施工简便、抗震防火的特点，它的加工和安装已经达到标准化、工厂化、装配化。目前国内可生产几十种截面规格的压型钢板，截面都呈波形，从2波到6波，板宽从550到930mm。压型钢板的重量为0.100.18 kN/m2，分长尺和短尺两种。一般长尺板的纵向可不搭接，适用于平坡的屋面。我国目前已编制了国家标准建筑压型钢板和行业标准压型金属板设计施工规程，同时已被冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB500182002）正式列为指定的材料。5 4.夹芯板 夹芯板是上下两层为压型钢板，中间为保温材料的双层金属板。金属板和中间的保温材料（通常为苯板）采用胶接。但此种板存在呼吸现象，即随着日出日落的温度变化，金属板与保温层之间会逐渐脱离，导致受力性能大大降低。5.加气混凝土屋面板 板自重0.751.0 kN/m2，是一种承重、保温和构造合一的轻质多孔板材；以水泥（或粉煤灰、矿渣、砂）和铝粉为原料，经磨细、配料、浇注、切割并蒸压养护而成。具有自重轻、保温效能高，吸声好等优点。因系机械化工厂生产，板的尺寸准确，表面平整，一般可直接在板上铺设卷材防水，施工方便，目前国外多以这种板材作为屋面和墙体材料。6岩棉夹芯板7加气混凝土屋面板8 6.发泡水泥复合板（太空板）这是由钢边框或预应力混凝土边框、钢筋桁架、发泡水泥芯材、上下水泥面层（含玻纤网）复合而成，集承重、保温、轻质、隔热、隔声、耐火、耐久等优良性能于一身的新型建筑板材。该板已编制成国家建筑标准图02ZG710，是轻钢建筑中具有发展前途的一种屋面和墙体材料。3-1.2 屋面建筑构造 1.屋面坡度 屋面坡度与所采用的瓦型有关。坡度太大，瓦材容易下滑，屋面瓦材应与檩条有较好的连接；坡度太小、屋面易渗漏，应做好屋面防水处理。对于常用各种屋面瓦材较合理的屋面坡度，详见下表，设计时可酌情选用。9发泡水泥复合板（太空板）10 常 用 的 屋 面 材 料 和 坡 度 2.瓦（板）的固定和连接 各种瓦与檩条的固定和连接应使构件受力良好，避免应力集中，造成瓦（板）材开裂。序号屋 面 材 料坡 度标 志 檩 距（m）1纤维水泥小波瓦1/31/2.50.752纤维水泥中波瓦1/31/2.50.75，1.3（加筋）3纤维水泥大波瓦1/31/2.5 1.3 4瓦楞铁1/61/3 0.75 5压型钢板 1/61/4（短尺）1/201/10（长尺）按计算 6钢丝网水泥波形瓦 1/3 1.5 7加气混凝土屋面板 1/121/8 8发泡水泥复合板 1/81/20 34.5（或无檩）11 3.防水构造中应注意的问题 屋瓦面是通过各种搭接形式达到防水目的的，因此它们搭接的构造是防水的关键。一般瓦屋面中容易漏水的部位在瓦材接缝、天沟、山墙、天窗侧壁及通风屋脊等处。4.自防水构件的表面涂层 一般钢筋混凝土和钢丝网水泥构件，在制作和使用过程中有时会产生干缩裂缝、温度裂缝或碳化、风化等现象，影响防水和使用寿命。为了提高它们的防水性和耐久性，有必要对瓦面涂以一定厚度的各种涂料。5.屋面采光和通风 一般轻型钢屋架，单跨时多利用房屋侧窗采光，多跨时可采用一般玻璃或钢丝玻璃的平天窗，通风采用一般的人工通风或工艺布置上加以改善即能满足使用要求。12 6.轻型屋面的保温和隔热 上述各种屋面材料中，除加气混凝土板、太空板和夹芯板外，其余的瓦材都不具有保温和隔热性能。在房屋中为了解决屋面的保温和隔热问题，常常会导致构造复杂、施工困难及加大屋盖自重。3-2 压型钢板的计算 3-2.1 压型钢板的材料和截面形式 压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢及Z形钢都属于冷弯薄壁构件。压型钢板的原板按表面处理方法可分为镀锌钢板、彩色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板三种，其中镀锌钢板主要用于组合楼板，彩色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板则多用于屋面和墙面上。13 彩色镀锌钢板是目前工程实践中采用最多的一种板，彩色镀铝锌钢板结合了锌的抗腐蚀性好的特点和铝的延展性好的特点，抗腐蚀能力更强，但价格稍贵。压型钢板的截面形式（板型）较多，下图给出了几种压型钢板的截面形式。图（a）、（b）是早期的压型钢板板型，截面形式较为简单，板和檩条、墙梁的连接采用钩头螺栓、自攻螺钉和拉铆钉。当作屋面板时，因板需要开孔，所以防水问题难以解决，目前应用较少。（a）（b）（c）（e）（f）（d）14 图（c）、（d）为带加劲的板型，增加了板的截面刚度，用作墙板时加劲产生的竖向线条可增加墙板的美感。图（e）、（f）是近年来用在屋面上的板型，其特点是板和板、板与檩条的连接通过支架咬合在一起，板无需开口，从而有效地解决了屋面防水、渗漏问题。压型钢板板型的表示方法为YX波高波距有效覆盖宽度，如 YX75200600 即表示波高为75mm，波距为200 mm，板的有效覆盖宽度为600mm的压型钢板，板的厚度需另外注明。压型钢板的截面根据其波形可分为：高波板：波高大于70mm，多用作屋面板；中波板：波高5070mm，多用作楼面板及中小跨度 的屋面板；低波板：波高小于50mm，多用作墙面板。15 波高越高，截面抗弯刚度就越大，承载能力就越大。压型钢板原板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、使用年限和结构形式等因素综合考虑。压型钢板基材的材料有Q215钢和Q235钢，当由挠度控制截面时，可以选用Q215钢。压型钢板的基材厚度通常为0.41.6mm，原板的长度不限，应优先选用卷板。选用压型钢板时，应根据荷载及使用情况选用已有的定型产品。3-2.1 压型钢板的有效宽度 压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢及Z形钢都属于冷弯薄壁构件，这类构件允许板件受压屈曲并利用其屈曲后强度。16 因此，在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以有效截面为准。两纵边均与腹板相连，或一纵边与腹板相连、另一纵边与中间加劲肋相邻的受压翼缘，可按加劲板件确定其有效宽厚比；有一纵边与边加劲肋相邻的受压翼缘，可按部分加劲板件确定其有效宽厚比。中间加劲肋和边加劲肋要起到加劲肋的作用就必须具有一定的刚度。b1bsbsbsb边加劲肋中间加劲肋子板件h边加劲肋：且：且：中间加劲肋：如图所示，17 式中：Ies：边加劲肋截面对其自身平行于被加劲板件 截面之重心轴的惯性距；Iis：中间加劲肋截面对其自身平行于被加劲板 件截面之重心轴的惯性距；bs：子板件的宽度；b：边加劲板件的宽度；t ：板件的厚度。3-2.3 压型钢板的计算 压型钢板作屋面时，当采用单层构造时，永久荷载仅为压型钢板的自重；当为双层板构造时，作用在下层压型钢板上的永久荷载除其自重外，还包括夹在两层压型钢板间的保温材料的重量。压型钢板屋面所承受的可变荷载有屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载。18 设计屋面板和檩条时，还应考虑另一可变荷载，即施工或检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为1kN，作用于压型钢板跨中。有时还需考虑偶然荷载，如地震作用、爆炸或其它意外荷载。设计或选用屋面压型钢板时，应根据具体情况计入相应荷载进行荷载效应组合，主要考虑下列荷载组合：永久荷载设计值+可变荷载设计值；其中屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，积灰荷载应与均布活荷载或雪荷载中的较大值同时考虑。组合时还要考虑是由永久荷载效应起控制作用还是由可变荷载效应起控制作用而采用不同的永久荷载分项系数。因施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑，故需考虑：19 永久荷载设计值+施工或检修集中荷载设计值；当风荷载较大时，应验算在风吸力作用下，永久荷载与风荷载组合引起截面应力变号的情况：永久荷载设计值+风吸力荷载设计值。此时，永久荷载的荷载分项系数取1.0。屋面和墙面的不同部位风荷载体形系数不同，详见门式刚架轻型房屋钢结构技术规程。另外应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低跨连接处的雪荷载和积灰荷载的增大系数或不均匀分布系数，详见建筑结构荷载规范。内力分析时，把檩条视为压型钢板的支座，压型钢板的强度可取一个波距或整块压型钢板的有效截面，按受弯构件计算：20 式中 ：按有效截面算得的最大弯曲应力；Mmax：按荷载设计值算得的最大弯矩；We：有效截面抵抗矩；f：钢材抗弯强度设计值。压型钢板腹板的剪应力应符合下列公式的要求：当h/t 100时：当h/t100时：式中 ：腹板的平均剪应力（N/mm2）；cr：腹板的剪切屈曲临界剪应力；h/t：腹板的高度比。(a)(b)21 压型钢板施工期间，可能出现较大的支座反力或集中荷载，由于压型钢板的腹板厚度较薄，在局部集中荷载作用下，可能出现一种称之为压跛的现象。腹板压跛涉及因素较多，很难用理论精确分析。在大量试验的基础上，得到验算腹板局部受压承载力的公式：式中 R：支座反力；Rw：一块腹板的局部受压承载力设计值；：系数，中间支座 0.12，端部支座 0.06；t：腹板厚度（mm）；lc ：支座处的支承长度，10mm lc200mm，端部支座可取 lc10mm；：腹板倾角（45 90）22 压型钢板同时承受弯矩M和支座反力R的截面，应满足下列要求：式中：M u：截面的弯曲承载力设计值，压型钢板同时承受弯矩M和剪力V的截面，应满足下列要求：式中：Vu：腹板的抗剪承载力设计值，cr 按公式（a）、（b）计算。在压型钢板的一个波距上作用集中荷载 F 时，可按下式将集中荷载 F 折算成沿板宽方向的均布线荷载 q re，并按 q re 进行单个波距或整块压型钢板有效截面的弯曲计算。23 式中：F：集中荷载；b1：压型钢板的波距；：折算系数，折算系数由试验确定；无试验依据时，可取0.5。屋面压型钢板的施工或检修集中荷载按1.0 kN 计算，当施工荷载超过1.0 kN 时，则应按实际情况取用。进行上述换算，主要是考虑到相邻槽口的共同工作提高了板承受集中荷载的能力，折算系数取0.5，则相当于在单槽口的梁上，作用了一个0.5F 的集中荷载。压型钢板的挠度与跨度之比不宜超过下列限值：屋面坡度1/20时，1/250，屋面坡度1/20时，1/200；1.屋面板：24 2.墙板：1/150；3.楼板：1/200。仅作模板使用的压型钢板上的荷载，除自重外，尚应计入湿钢筋混凝土楼板重和可能出现的施工荷载。如施工中采取了必要的措施，可不考虑浇注混凝土的冲击力，挠度计算时可不计施工荷载。3-2.4 压型钢板的构造 压型板腹板与翼缘水平面间的夹角不宜小于45。屋面、墙面压型钢板的基材厚度宜取 0.41.6 mm，用作楼面模板的压型钢板厚度不宜小于0.5 mm，压型钢板宜采用长尺板材，以减少板长方向之搭接。压型钢板长度方向的搭接端必须与支承构件（如檩条、墙梁等）有可靠的连接，搭接部位应设置防水密封胶带，搭接长度不宜小于下列限值：25 波高70mm 的高波屋面压型钢板：350mm；波高 1/10时，200mm；墙面压型钢板：120mm。屋面压型钢板侧向可采用搭接式、扣合式或咬合式等连接方式。如图所示。当侧向采用搭接式连接时，一般搭接一波，特殊要求时可搭接两波。搭接处用连接件紧固，连接件应设置在波峰上，连接件应采用带有防水密封胶垫的自攻螺钉。高波压型钢板，连接件间距一般为700800mm；低波压型钢板，连接件间距一般为300400mm。咬边主导风向（a）搭接式（b）扣合式（c）咬合式 26 当侧向采用扣合式或咬合式连接时，应在檩条上设置与压型钢板波形相配套的专门固定支座，固定支座与檩条用自攻螺钉或射钉连接，压型钢板搁置在固定支座上。两片压型钢板的侧边应确保在风吸力等因素作用下的扣合或咬合连接可靠。铺设高波压型钢板屋面时，应在檩条上设置固定支架，如图所示，檩条上翼缘宽度应比固定支架宽度大10mm。固定支架用自攻螺钉或射钉与檩条连接，每波设置一个；低波压型钢板可不设固定支架，宜在波峰处采用带有防水密封胶垫的自攻螺钉或射钉与檩条连接，连接件可每波或隔波设置一个，但每块低波压型钢板不得少于三个连接件。檩条固定支架压型钢板27 若采用耐老化性能良好的防水密封材料，连接件也可设在波谷，国外多如此。墙面压型钢板之间的侧向连接宜采用搭接连接，通常搭接一个波峰，板与板的连接件可设在波峰，也可设在波谷。连接件宜采用带有防水密封胶垫的自攻螺钉。屋面、墙面压型钢板的侧向搭接方向应与主导风向一致，如图所示。用作非组合楼面的压型钢板支承在钢梁上时，其支承长度不得小于50mm，支承在混凝土、砖石砌体等其它材料上时，支承长度不得小于75mm，在浇注混凝土前，应将压型钢板上的油脂、污垢等有害物质清除干净。铺设楼面压型钢板时应避免过大的施工集中荷载，必要时可设置临时支撑。主导风向283-3 檩条的设计 屋盖中檩条用钢量所占比例较大，因此合理选择檩条形式、截面和檩条间距，以减少檩条用钢量，对减轻屋盖重量、节约钢材具有很大意义。3-3.1 檩条的形式 檩条通常是双向受弯构件，其截面形式可分为实腹式和格构式两种。当檩条跨度不超过9m时，一般采用实腹式檩条；当檩条跨度大于9m时，采用格构式檩条。实腹式檩条常采用的截面形式有槽钢、H型钢、以及冷弯薄壁型钢，截面形式如图所示。（a）（b）（c）（d）（e）29 图(a)为普通热轧槽钢或轻型热轧槽钢截面，其制作、运输和安装均较简便，但因板件较厚，用钢量较大，目前应用较少。图(b)为高频焊接 H 型钢截面，具有抗弯性能好的特点，适用跨度较大，但与刚架或屋架的连接构造复杂。图(c)、(d)、(e)是冷弯薄壁型钢截面，用钢量省，其跨度一般不超过6m，在工程中应用广泛。卷边槽钢（亦称C形钢）檩条适用于屋面坡度 i 1/3的情况，直卷边和斜卷边Z形檩条适用屋面坡度 i 1/3 的情况。下撑式 平面桁架式 空腹式格构式檩条的截面形式30 下撑式檩条的上弦宜选用方（矩形）管或卷边槽钢，下弦可采用方管、槽钢、或圆钢，撑杆多采用方管，撑杆常设于檩条跨间三分点处。平面桁架式檩条可以所有构件都采用冷弯薄壁型钢，也可以上弦杆和端压竖杆采用冷弯薄壁型钢、其他杆采用圆钢。前者平面外刚度大，适用于大檩距、大荷载的钢筋混凝土屋面；后者适用于檩距较小的钢筋混凝土屋面和大檩距的轻型屋面。空腹式檩条由上、下弦杆的角钢和缀板相焊组成。其主要特点是用钢量省，与冷弯薄壁型钢檩条的用钢量十分接近。h立撑上弦杆下弦杆hh31 但空腹式檩条侧向刚度差，需由瓦材和拉条来保证。冷弯薄壁型钢檩条的出现，使空腹式檩条已淡出实际工程。3-3.2 檩条的计算 檩条承受的永久荷载包括屋面材料自重（如防水层、保温层、隔热层等）、拉条、撑杆及檩条结构自重，有时存在悬挂物的重量。檩条承受的可变荷载与屋面板类似，包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载。荷载组合同压型钢板一样，考虑三种组合。设计檩条时，应考虑施工或检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为1kN，作用于檩条的跨中。可将此集中荷载标准值换算成为 21.0/s l(kN/m2)的等效均布荷载。拉条32 s 为檩条水平投影间距(m)，l 为檩条跨度（m）。1.实腹式檩条的内力分析 设置在坡屋面上或刚架斜梁上的檩条在竖向均布荷载作用下，沿截面两个形心主轴方向存在弯矩作用，属于双向受弯构件，如图所示。若荷载偏离截面的弯曲中心，还将受到扭矩的作用，因而必须考虑弯扭双力矩的影响。但是，在实际工程中，由于屋面板与檩条的连接能阻止檩条的侧向弯曲和扭转，故设计时可不考虑双力矩的影响，而按双向受弯构件计算。x1x1yyy1y1xxqq yq x0=xxyqq yyq x0=q xy0=xyxq q y(a)(b)(c)33 在进行内力分析时，首先把均布荷载 q 分解为沿截面形心主轴方向的荷载分量qx、qy，如上图所示。荷载分量为：式中：0：线荷载q 的作用线与截面主轴 y轴间的夹角，对于卷边槽钢檩条，0；对于卷边Z形钢檩条，0|。：屋面坡度角；：截面主轴x轴与平行于屋面的x1轴间的夹角。对设有拉条的简支檩条（或墙梁），由qx、qy引起的弯矩My、Mx按下表计算。计算My时，将拉条作为侧向支承点，按连续梁计算。对于多跨连续梁，计算Mx时，不考虑活荷载的不利组合，跨中和支座弯矩都近似取 。34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 35 2.实腹式檩条的计算 如果屋面板材与檩条有牢固的连接，即用自攻螺钉、螺栓、拉铆钉和射钉等与檩条牢固连接，且屋面板材有足够的刚度（例如压型钢板），就可认为能阻止檩条侧向失稳和扭曲，可不验算其稳定性，仅计算其强度。屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转作用的实腹式檩条的强度可按下式计算：式中：Mx、My ：对截面x轴和y轴的弯矩；Wenx、Weny：对两个形心主轴的有效净截面模量。对屋面板材与檩条未牢固连接的情况，例如卡固在檩条支架上的压型钢板（扣板），板材在使用状态下可自由滑动，即屋面板材与檩条未牢固连接，不能阻止檩条侧向失稳和扭转，此时需计算其稳定性。36 屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转的实腹式檩条的稳定性可按下式计算：式中：Wex、Wey：对两个形心主轴的有效截面模量；bx：梁的整体稳定系数。当檩条为热轧型钢时，强度公式中采用净截面，稳定公式中采用毛截面，同时还要引入截面塑性发展系数。受压下翼缘将产生侧向失稳和扭转，虽然与屋面牢固连接的上翼缘对受压下翼缘的失稳和扭转有一定的约束作用，但受力较复杂。仍需按上式验算其稳定性。实腹式檩条在风荷载作用下，下翼缘受压，37 针对风荷载作用情况，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程的规定与此略有出入，它考虑屋面板对檩条整体失稳的约束作用，能更好反映檩条的实际性能，受压下翼缘的稳定性应按门式刚架轻型房屋钢结构技术规程附录 E 的规定计算。但当屋面不能阻止上翼缘侧移和扭转时，受压下翼缘的稳定性应按上式计算。当采取可靠措施能阻止檩条截面扭转时，可仅计算其强度。在强度和稳定计算公式中截面模量都采用有效截面模量，其值应按GB50018规范的规定计算。但是檩条是双向受弯构件，翼缘的正应力分布为非均匀分布，确定其有效宽度的计算比较复杂。38 对于和屋面板牢固连接并承受重力荷载的卷边槽钢、Z 形钢檩条，经过分析得出翼缘全部有效的范围如下，可供设计参考。当 h/b3.0 时，当 3.0 h/b3.3 时，式中 h、b、t：分别为截面高度、翼缘宽度和板件厚度。GB50018规范所附卷边槽钢和卷边 Z 形钢规格多数都在上述范围之内。需要注意的是这两种截面的卷边宽度应符合GB50018的规定。如果所选截面不符合上两式的要求，应先求截面的有效面积，然后按有效截面进行强度和稳定性验算。实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度。对卷边槽形截面的两端简支檩条，应按下式进行验算：39 式中：q ky：沿 y 轴作用的分荷载标准值；Ix：对 x 轴的毛截面惯性距；E：钢材的弹性模量；l：檩条的跨度；v：檩条的容许挠度值，按规范确定。对卷边Z形截面的两端简支檩条，应按下式进行验算：式中：屋面坡度；q k：檩条线荷载标准值；Ix1：Z 形截面对平行于屋面的 形心轴的毛截面惯性距。xxyqq yyq x0=x1x1yyy1y1xxqq yq x0=40 3.平面格构式檩条的内力分析 假定各节点均为铰接，不考虑次应力的影响，将上弦杆的均布荷载 q换算为节点荷载 P（Pqa），如虚线所示，按一般桁架原理，计算各杆件的轴心力。上弦杆由均布荷载产生弯矩Mx和My，y 轴垂直于屋面。可近似地按下列规定采用：计算My时，拉条可作为侧向支承点。计算强度时，支承点处的 My可按下式计算：计算稳定性时，My可取侧向支承点间全长范围内的最大弯矩。ahqPPPP0.5P4Pxxyq xq yqy如图所示，41 节点和跨中处：式中：l1：侧向支承点间的距离；a：上弦的节间长度；q y：垂直于屋面方向的均布荷载分量；q x：平行于屋面方向的均布荷载分量。平面格构式檩条的下弦杆和腹杆均为轴心受力构件。4.平面格构式檩条的计算 平面格构式檩条(包括桁架式和下撑式)上弦受力情况复杂，一般除了轴心力N和弯矩Mx、My以外，还有双力矩的影响，为了简化计算，对N、Mx、My的计算作了上述规定，使之包络双力矩的影响。平面格构式檩条上弦的强度按下式计算：42 平面格构式檩条上弦的稳定性按下式计算：式中：min：轴心受压构件的稳定系数，根据构件的 最大长细比采用；Mx、My：对檩条上弦截面主轴 x 和 y 的弯矩，y 轴垂直于屋面。Wenx、Weny：对两个形心主轴的有效净截面模量；Wex、Wey：对两个形心主轴的有效截面模量。当上弦杆为热轧型钢时，强度计算公式中采用净截面，稳定计算公式中采用毛截面。平面格构式檩条端部主要受压腹杆的强度设计值应乘以0.85的折减系数。43 当风荷载作用下平面格构式檩条下弦受压时，下弦应采用型钢，其强度和稳定性可按下式计算：当下弦杆为热轧型钢时，强度计算公式中采用净截面，稳定计算公式中采用毛截面。平面格构式檩条受压弦杆在平面内的计算长度应取节间长度，平面外的计算长度应取侧向支承点的距离（布置在弦杆处的拉条可作为侧向支承点），腹杆在平面内、外的计算长度均取节点间几何长度。端压腹杆的长细比不得大于150。平面格构式檩条的高跨比一般取1/121/20，满足此条件的平面格构式檩条毋需进行挠度计算。强度：稳定性：44 3-3.3 檩条的构造 檩条端部与屋架、刚架的连接应能阻止檩条端部截面的扭转，以增强檩条的整体稳定性。实腹式檩条可采用角钢檩托与屋架、刚架相连接，如图所示。檩条与檩托的连接螺栓不应少于两个，并应沿檩条高度方向布置。当檩条高度较小（小于120mm），排列两个螺栓有困难时，也可改为沿檩条长度方向设置。H型钢檩条，当截面高度小于200mm时，可直接用螺栓与屋架、刚架连接，如图（a）所示，当截面高度大于200mm时，需将型钢檩条下翼缘切去半肢设檩托与屋架相连，如图（b）所示。1111200mm200 mm(a)(b)45 螺栓直径取M12M16，常用的为M12。为减小檩条在使用期间和施工过程中的侧向变形和扭转，必要时应在檩条之间设置拉条和撑杆。拉条和撑杆的布置应根据檩条的跨度、间距、截面形式和屋面坡度按下列规定采用：当檩条跨度 l 4m时，通常可不设拉条和撑杆；当檩条跨度 4m l 6m时，宜在檩条跨间三分点处各设 置一道拉条；当檩条跨度 l 6m时，若荷载较小，可仅在檩条跨 中设一道拉条，若荷载较大，可在檩条跨间三分点 处各设置一道拉条。设拉条的目的就是为檩条提供侧向支承点。46 拉条支撑点的力需传到刚度较大的构件上，为此，需在屋脊或檐口处设置斜拉条和刚性撑杆。当檩条为卷边槽钢时，横向力指向斜下方，斜拉条应布置在屋脊处，如图(a)、(b)所示，当檩条为 Z形钢时，横向力指向上方，斜拉条应布置在屋檐处，如图（c）所示。以上论述适用无风荷载或风荷载小于重力荷载的情况。当风吸力超过屋面永久荷载时，横向力的指向和上述相反，此时 Z形钢的斜拉条应布置在屋脊处，而卷边槽钢檩条的斜拉条和撑杆则需设在屋檐处。拉条拉条斜拉条斜拉条(c)撑杆撑杆屋脊屋脊拉条撑杆斜拉条屋檐(b)(a)l 6m4m l 6m47 为了兼顾两种情况，在风荷载较大的地区，在屋脊和屋檐处都应设置斜拉条和撑杆。拉条和撑杆的截面应按计算确定。将其所连接的檩条视为连续梁，拉条视为其支座，檩条在实际承受的线荷载的坡向分量作用下的支座反力即为拉条内力。圆钢拉条直径不小于10mm，拉条可设在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，拉条宜设在下翼缘附近，为了兼顾有风无风两种情况，可在上、下翼缘附近交替布置。撑杆可以采用钢管、方钢或角钢做成，通常按压杆的刚度要求 200 来选择截面。当檩条上、下翼缘均设置压型钢板，并与檩条牢固连接时，可以保证檩条的整体稳定性，可不设拉条和撑杆。拉条(撑杆)内力确定：当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，48 但安装压型钢板时，应采取临时措施，以防施工过程中檩条失稳。拉条、撑杆与檩条的连接如图。斜拉条可弯折也可不弯折，弯折时要求弯折的直线长度不超过15mm，不弯折时则需要斜垫板或角钢与檩条连接。平面格构式檩条的高度可取跨度的1/121/20。平面格构式檩条的端压腹杆应采用型钢。当风荷载使平面格构式檩条下弦受压时，宜在檩条上、下弦杆处均设置拉条和撑杆。若利用檩条作为屋架上弦横向水平支撑的竖压杆时，檩条长细比不得大于200，并应按压弯构件验算檩条强度和稳定性。檩条腹板檩条腹板斜拉条 弯折斜拉条不弯折直拉条钢管撑杆直拉条 垫板或角钢493-4 受力蒙皮结构的基本概念 根据现场实测表明，具有可靠连接的压型钢板维护体系的建筑物，其承载能力和刚度均大于按裸骨架算得的值。这种因维护墙体在自身平面内的抗剪能力而加强了结构整体工作性能的效应称为受力蒙皮作用。考虑受力蒙皮作用不仅能节省材料和工程造价，还能反映结构的真实工作性能，提高结构的可靠性。连接件的类型是发挥受力蒙皮作用的关键。用自攻螺钉、抽芯铆钉和射钉等紧固件可靠连接压型钢板与檩条、墙梁等支承构件组成的蒙皮组合体具有可观的抗剪能力，可发挥受力蒙皮作用。采用挂钩螺栓等可滑移的连接件组成的组合体不具有抗剪能力，不能发挥受力蒙皮作用。50 受力蒙皮作用的大小与压型钢板的类型、屋面和墙面是否开洞、支承檩条或墙梁的布置形式以及连接件的种类和布置形式等多种因素有关。为了对结构进行整体分析，应由试验方法对上述各部件组成的蒙皮组合体（包括开洞的因素在内）开展试验研究，确定相应的强度和刚度等参数。表示有蒙皮维护的平梁门式刚架体系在水平风荷载作用下屋面的变形情况，整个屋面像平放的深梁一样工作，檐口檩条类似上、下弦杆，除受弯外，还承受轴向拉、压作用。为把风荷载传给基础，山墙处可设置墙梁蒙皮体系，也可设交叉支撑体系。受压弦杆受剪蒙皮受拉弦杆如图所示，51 如图所示，表示有蒙皮维护的山形门式刚架体系，在竖向屋面荷载作用下的变形情况。两侧屋面类似于斜放的深梁受弯，屋脊檩条受压，屋檐檩条受拉。为保证受力蒙皮作用，山墙柱顶水平处应设置拉杆。当承受水平风载作用时，也有类似于上图的受力情况。因此屋脊、檐口檩条和山墙部位是关键部位，设计中应与重视。由于考虑受力蒙皮作用，压型钢板及其连接等就成了整体受力结构体系的重要组成部分，不能随便拆卸。山墙拉杆受拉弦杆受拉弦杆受压弦杆受剪蒙皮5253