轻型钢结构讲义3.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,第 三 章,轻 型 屋 面 构 件,2,3.1,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/m,2,，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。,3,纤维水泥波形瓦,4,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/m,2,，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/m,2,）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。,5,3.,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,0.10,0.18 kN/m,2,，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。,6,4.,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,0.75,1.0 kN/m,2,，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。,7,岩棉夹芯板,8,加气混凝土屋面板,9,6.,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,02,ZG710,，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。,10,发泡水泥复合板（太空板）,11,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,1/3,1/2.5,0.75,2,纤维水泥中波瓦,1/3,1/2.5,0.75,，,1.3,（加筋）,3,纤维水泥大波瓦,1/3,1/2.5,1.3,4,瓦楞铁,1/6,1/3,0.75,5,压型钢板,1/6,1/4,（短尺）,1/20,1/10,（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,1/12,1/8,8,发泡水泥复合板,1/8,1/20,3,4.5,（或无檩）,12,3.,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。,13,6.,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。,14,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,）,15,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,YX75,200,600,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,50,70mm,，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。,16,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,0.4,1.6mm,，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。,17,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。,b,1,b,s,b,s,b,s,b,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，,18,式中：,I,es,：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；,I,i,s,：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；,b,s,：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。,19,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：,20,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：,21,式中,：按有效截面算得的最大弯曲应力；,M,max,：按荷载设计值算得的最大弯矩；,W,e,：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/mm,2,）；,cr,：腹板的剪切屈曲临界剪应力；,h/t,：腹板的高度比。,(,a,),(,b,),22,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；,R,w,：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,）；,l,c,：支座处的支承长度，,10mm,l,c,200mm,，,端部支座可取,l,c,10mm,；,：腹板倾角（,45,90,）,23,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：,V,u,：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。,24,式中：,F,：集中荷载；,b,1,：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：,25,2.,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,0.4,1.6 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：,26,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,700,800mm,；,低波压型钢板，连接件间距一般为,300,400mm,。,咬边,主导风向,（,a,）,搭接式,（,b,）,扣合式,（,c,）,咬合式,27,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,28,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,29,3-3,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,）,30,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,31,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,h,h,32,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/m,2,),的等效均布荷载。,拉条,33,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。,x,1,x,1,y,y,y,1,y,1,x,x,q,q,y,q,x,0,=,x,x,y,q,q,y,y,q,x,0,=,q,x,y,0,=,x,y,x,q,q,y,(a),(b),(c),34,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,q,x,、,q,y,，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,x,1,轴间的夹角。,对设有拉条的简支檩条（或墙梁），由,q,x,、,q,y,引起的,弯矩,M,y,、,M,x,按下表计算。,计算,M,y,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,M,x,时，不考虑活荷载的不利,组合，跨中和支座弯矩都近似取 。,35,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,M,x,由,q,x,产生的弯矩,M,y,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,36,2.,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：,M,x,、,M,y,：对截面,x,轴和,y,轴的弯矩；,W,enx,、,W,eny,：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。,37,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：,W,ex,、,W,ey,：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，,38,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。,39,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：,40,式中：,q,ky,：沿,y,轴作用的分荷载标准值；,I,x,：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；,I,x1,：,Z,形截面对平行于屋面的,形心轴的毛截面惯性距,。,x,x,y,q,q,y,y,q,x,0,=,x,1,x,1,y,y,y,1,y,1,x,x,q,q,y,q,x,0,=,41,3.,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,（,P,qa,），,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,M,x,和,M,y,，,y,轴垂直于屋面。可近似地按下列规定采用：,计算,M,y,时，拉条可作为侧向支承点。,计算强度时，支承点处的,M,y,可按下式计算：,计算稳定性时，,M,y,可取侧向支承点间全长范围内的,最大弯矩。,a,h,q,P,P,P,P,0.5P,4P,x,x,y,q,x,q,y,q,y,如图所示，,42,节点和跨中处：,式中：,l,1,：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,M,x,、,M,y,以外，还有双力矩,的影响，为了简化计算，对,N,、,M,x,、,M,y,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：,43,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；,M,x,、,M,y,：对檩条上弦截面主轴,x,和,y,的弯矩，,y,轴垂直于屋面。,W,enx,、,W,eny,：对两个形心主轴的有效净截面模量；,W,ex,、,W,ey,：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。,44,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：,45,3-3.3,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。,1,1,1,1,200mm,200 mm,(a),(b),46,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。,47,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,6m,4m,l,6m,48,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，,49,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,1/12,1/20,。,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,50,3-4,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。,51,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，,52,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,53,