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钢结构设计中檩条这些参数怎么选?

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1 钢结构檩条、墙梁工具箱中“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”、“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”的选项何时可以勾选?


图1 参数


首先勾选了“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳”、“墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”这个选项之后,程序不会进行檩条、墙梁在上翼缘、外翼缘受压时的整体稳定验算。


根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002(以下简称薄钢规)中的要求:只有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),才可认为能阻止檩条侧向失稳和扭转,可不验算其稳定性。此时可以勾选“屋面板能阻止檩条上翼缘侧向失稳” “墙板能阻止墙梁外翼缘侧向失稳”选项,不验算该稳定应力。


对塑料瓦材料等刚度较弱的瓦材或屋面板材与模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,如下图[2]所示的连接片连接时,连接片是可滑移的,扭转刚度没有保证,不能阻止檩条侧向失稳和扭转,应按公式8.1.1-2验算檩条的稳定性,此时不能勾选该选项。墙板能约束墙梁外翼缘与屋面板的要求类似。


图2


2 钢结构檩条工具箱中的“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”何时勾选?


檩条在风吸力作用下处于下翼缘受压的状态,此时需要进行风吸力组合下的稳定。


应按照薄钢规进行验算,而在勾选了“构造保证下翼缘风吸力作用稳定性”后,程序将不再验算风吸力作用下的稳定应力。根据门式刚架规范中的9.1.5-3条 “当受压下翼缘有内衬板约束且能防止檩条扭转时,整体稳定性可不计算”,也就是说在檩条下翼缘位置布置有内衬板,且内衬板与檩条之间是可靠连接时,可以考虑此项。


同时有人提出当设置下层拉条,且拉力位于距离下翼缘1/3腹板高度范围内时,也可以认为构造保证下翼缘稳定,事实是不是这样的呢?笔者认为设置下层拉条后不能保证下翼缘的稳定就不用计算了,此时下翼缘稳定仍然需要进行验算,门式刚架规范中对于内衬板对于檩条下翼缘的约束已经做出了解释,在9.1.5条条文说明中提到“当有内衬板固定在檩条下翼缘时,相当于有密集的小拉条在侧向约束下翼缘,故无需考虑整体稳定性”。考虑到拉条对于檩条的约束只是在拉条拉结位置的点约束,而拉条又不能布置很密集,一般的拉条间距大约为2m~3m,还远达不到密集的程度,因此下层拉条对下翼缘的约束还达不到不需要验算稳定的条件。


3 拉条作用中的约束檩条上翼缘、约束檩条下翼缘、约束檩条上、下翼缘的参数应该如何选择?设置后会如何影响计算结果?


拉条作为檩条的侧向支撑点,主要限制檩条的扭转和侧向变形,对于拉结在距离上翼缘1/3腹板高度范围内时,可以认为其作为上翼缘扭转变形的支撑点,此时拉条左右为约束檩条上翼缘,同理对于拉结在距离下翼缘1/3腹板高度范围内时,可以认为其作为下翼缘扭转变形的支撑点,此时拉条左右为约束檩条下翼缘,当设置双层拉条,其上下两层各分布于距离上下翼缘各1/3腹板高度范围内时,拉条的作用为约束上下翼缘。


设置拉条作用后程序根据拉条设置的道数和檩条跨度确定出拉条间距,按照此间距确定拉条约束位置,即檩条上下翼缘稳定验算时的檩条面外计算长度,进而影响对应位置的檩条稳定验算结果。


4 如下图:檩条设计工具箱提供了两本规范选项“薄钢规范GB50018”“门规GB51022-2015”,两本规范有何差异?


图3 工具箱中两个规范的选择


《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015(以下简称门式刚架规范)修订以来,新门式刚架规范对于檩条计算进行了较为详细的规定,同时结合薄钢规对于采用冷弯薄壁截面的檩条,两本规范的差异主要有以下四点:


1)门式刚架规范9.1.4对于实腹式卷边檩条的宽厚比不大于13,卷边宽度与翼缘宽度之比不宜小于0.25,不宜大于0.326进行控制。这一条薄钢规是没有要求的。


2)门式刚架规范9.1.5-1条规定还要根据公式9.2.5-2验算薄壁截面的腹板剪应力,而薄壁型钢规范没有相关要求。


3)门式刚架规范9.1.5-1条还规定在验算檩条强度时,采用平行轴有效截面模量进行验算,而薄钢规规范规定强度和稳定验算始终采用主轴截面模量进行验算。虽然主轴有效截面模量比平行轴有效截面模量要大,但是对于檩条强度等计算,门式刚架规范按照单向受弯构件或单向压弯、拉弯构件计算其强度和稳定,薄钢规则会按照双向受弯、拉弯或压弯验算其强度和稳定,所以在水平向存在弯矩的情况下,薄钢规的计算结果很可能要比门刚规范的计算结果大。


4)门式刚架规范中对于压型钢板屋面的檩条挠度按照1/150控制,薄钢规对于压型钢板屋面的檩条按照1/200控制。


5 钢结构墙面中的墙梁采用C型截面时,是口朝上有利还是口朝下有利?


首先我们要了解一下C型截面的特性,对于C型截面来说,它是一种单轴对称截面,其相对X轴是轴对称的,相对于y轴是非对称的,因此相对于Y轴其两侧的抵抗矩是不同的,如下图,截面中位于Y轴左侧部分对于Y轴的抵抗矩记为W1,位于Y轴右侧部分对于Y轴的抵抗矩记为W2,W1>W2,且一般W1是W2的三倍左右。


图4 C型截面


C型截面多用于简支墙梁,下面针对于简支墙梁从墙梁承受的荷载作用和檩条来去进行分类讨论:当墙梁只承担墙面传来的墙面风荷载墙板竖向荷载自承重时,口朝上与口朝下对风荷载作用下的强度和稳定没有影响,竖向荷载只考虑墙梁本身自重,口朝上和口朝下计算结果也是基本一致的。


当墙梁既承担墙面传来的墙面风荷载,墙板非自承重,墙梁又要承载竖向荷载时,对于简支墙梁,其在竖向荷载作用下墙梁截面下部受拉,上部受压。了解了C型截面的性质,我们接着来分析一下具体截面的应力情况,如果C型截面口朝上放置,其截面Y轴右侧部分受压,计算稳定应力时,W2参与计算,根据上面的截面性质W1>W2,所以口朝上的稳定应力要大于口朝下时的稳定应力,因此对于这种情况下,当截面是稳定应力控制时,其截面口朝下更能充分利用截面刚度和承载力。


6 钢结构檩条工具箱中的简支檩条计算结果输出了“檩条能够承受的最大轴力设计值为(KN)”,如何理解?


考虑到檩条有时候会兼做屋面的刚性系杆,程序在按照常规檩条的按照受弯构件计算强度和稳定的同时,如果按受弯构件计算的强度和稳定应力都满足要求的情况下,程序就根据压弯构件的计算公式,反算出檩条还能够承担的最大轴力值,予以输出。如果在参数中的“轴力设计值”输入一定的数值,程序则直接按照压弯或拉弯构件进行檩条验算。


7 连续檩条工具箱中“边跨檩条间距减少一半”有何作用?对计算结果有何影响?


由于山墙榀刚架一般要设置抗风柱、有的还要设置墙架柱,造成边榀的竖向刚度较相邻中间榀大很多,在竖向荷载作用下,山墙榀与相邻中间榀之间的竖向变形差较大,可能会引起屋面板局部变形,甚至塌陷,引发漏水等情况,因此有部分钢结构厂家习惯在檩条边跨时减小檩条间距,以此增强边榀与中间榀的连接,减小竖向变形差异,同时一定程度的增大了屋面刚度。如图:红色箭头所示位置会增加简支檩条。


图5“边跨檩条间距减少一半”的效果


增加简支檩条后,边跨檩条的导荷面积将减少一半,进而影响强度和稳定应力的计算结果,如下图所示。


图6


(编辑:奚雅青)


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