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来源 网络 发布于 2012/5/8 8:49:59 评论(1) 有39791人阅读

一、布置和构造

轻型门式刚架的檩条构件可以采用C型冷弯卷边槽钢和Z型带斜卷边或直卷边的冷弯薄壁型钢。构件的高度一般为140-250mm,厚度1.4-2.5mm。冷弯薄壁型钢构件一般采用Q235或Q345,大多数檩条表面涂层采用防锈底漆,也有采用镀铝或镀锌的防腐措施。

1、檩条间距和跨度的布置

檩条的设计首先应考虑天窗、通风屋脊、采光带、屋面材料、及檩条供货规格的影响,以确定檩条间距,并根据主刚架的间距确定檩条的跨度。确定最优的檩条跨度和间距是一个复杂的问题。随着跨度的增大,主刚架及檩条的用量势必加大。但主刚架榀数的减少可以降低用钢量,檩条间距的加大也可以减少檩条的用量。厚度更大的檩条也可以降低单位用钢量的价格。但是檩条跨度的加大,支撑用量也相应增多。所有这些因素需要综合考虑。我国这方面内容的研究相对较少,英国对90米长的建筑作过系统的研究,结果显示,对于跨度超过20米的框架,7.5米的框架间距是最优的;对于跨度小于20米的框架,4.5米的框架是最优的。这个结果在我国只能参考使用。

2、简支檩条和连续檩条的构造

檩条构件可以设计为简支构件,也可以设计为连续构件。简支檩条和连续檩条一般通过搭接方式的不同来实现。简支檩条不需要搭接长度,图1是Z型檩条的简支搭接方式,其搭接长度很小,对于C型檩条可以分别连接在檩托上。采用连续构件可以承受更大的荷载和变形,因此比较经济。檩条的连续化构造也比较简单,可以通过搭接和拧紧来实现。带斜卷边的Z型檩条可采用叠置搭接,卷边槽型檩条可采用不同型号的卷边槽型冷弯型钢套来搭接,图2显示了连续檩条的搭接方法。注意在端跨檩条的搭接与中间跨的搭接稍有不同,主要是因为端跨框架要跟山墙墙架连接。设计成连续构件的檩条搭接长度有一定的要求,连续檩条的工作性能是通过耗费构件的搭接长度来获得的,所以连续檩条一般跨度大于6米,否则并不一定能达到经济的目的。

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图1檩条布置(中间跨,简支搭接方式)

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图2檩条布置(连续檩条,连续搭接)

3、侧向支撑的设置

在外荷载作用下檩条产生弯曲和扭转的共同作用。冷弯薄壁型钢本身板件宽厚比大,抗扭刚度不足;荷载通常位于上翼缘的中心,荷载中心线与剪力中心相距较大;因为坡屋面的影响,檩条腹板倾斜,扭转问题将更加突出。所有这些说明,侧向支撑是保证冷弯薄壁型钢檩条稳定性的重要保障。

(1)屋面板的支撑作用

首先,可以将屋面视为一大构件,承受平行于屋面方向的荷载(如风、地震作用等),称之为屋面的蒙皮效应。考虑蒙皮效应的屋面板必须具有合适的板型,厚度及连接性能,主要是一些用自攻螺丝连接的屋面板,可以作为檩条的侧向支撑,使檩条的稳定性大大提高。扣合式或咬合式的屋面板不能对檩条提供很好的侧向支撑。

(2)拉条和支撑

提高檩条稳定性的重要构造措施是采用拉条或撑杆从檐口一端通长连接到另一端,连接每一根檩条。檩条的侧向支撑不宜太少,根据檩条跨度的不同,可以在檩条中央设一道或者在檩条中央及四等分点处各设一道共三道拉条。一般情况下檩条上翼缘受压,所以拉条设置在檩条上翼缘1/3高的腹板范围内。

由于需要考虑檩条在风吸力作用下的翼缘受压,需要把拉条设置在下翼缘附近。考虑到蒙皮效应,可以考虑上翼缘的侧向稳定性由自攻螺丝连接的屋面板提供,而只在下翼缘附近设置拉条;但对于非自攻螺丝连接的屋面板,则需要在檩条上下翼缘附近设置双拉条。对于带卷边的C型截面檩条,因在风吸力作用下自由翼缘将向屋脊变形,因此宜采用角钢截面或方管截面作撑杆。研究表明,风吸力引起侧向无支撑檩条和墙梁内翼缘失稳,是造成檩条和墙梁破坏的主要原因。所以,设置合理的支撑布置形式是非常重要的。

采用拉条应在檐口处设置斜拉条,牢固地与檐口檩条在刚架处的节点连接。图3(a)给出了一般结构拉条设置的方法。屋脊处的支撑起着将两侧的支撑联系起来的作用,以防止所有檩条向一个方向失稳,所以屋脊连接处多采用比较牢固的连接。图3(b)给出了采用槽钢支撑的屋脊连接。

(3)檩托

在简支檩条的端部或连续檩条的搭接处,考虑设置檩托是比较妥善的防止檩条在支座处倾覆或扭转的方法。檩托常采用角钢,高度达到檩条高度的3/4,且与檩条以螺栓连接。图3(c)示意了檩托的设置方法。檩条构件之所以要离开主梁一段距离,主要是防止薄壁型钢构件在支座处的腹板压曲,如图中虚线所示。

clip_image006

图3 檩条的支撑

(4)、檩条和撑杆的布置

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、屋面形式等因素来选择,参考下列建议采用:

1)当檩条跨度L≤4m时,通常可不设拉条或撑杆;当4m<L≤6m时,可仅在檩条跨中设置一道拉条,檐口檩条间应设置撑杆和斜拉条(图4a);当L>6m时,宜在檩条跨间三分点处设置两道拉条,檐口檩条间应设置撑杆和斜拉条(图4b);

2)屋面有天窗时,宜在天窗两侧檩条间设置撑杆和斜拉条(图4c、d);

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(a)                                          (b)

clip_image012 clip_image014

(c)                                           (d)

1-刚架; 2-檩条; 3-拉条; 4-斜拉条; 5-撑杆; 6-承重天沟或墙顶梁;

图4 檩间拉条(撑杆)布置示意图

3) 当檩距较密时(s/l<0.2),可根据檩条跨度大小参照图5a设置拉条及撑杆,以使斜拉条和檩条的交角不致过小,确保斜拉条拉紧;

4) 对称的双坡屋面,可仅在脊檩间设置撑杆(图5b),不设斜拉条,但在设计脊檩时应计入一侧所有拉条的竖向分力。

clip_image016 clip_image018

(a)                                          (b)

1-刚架; 2-檩条; 3-拉条; 4-斜拉条; 5-撑杆; 6-承重天沟或墙顶梁;

图5 檩间拉条(撑杆)布置示意图(s/L<0.2及双坡对称屋面)

二、设计和计算

1、荷载

檩条设计的荷载主要有以下5种:

(1)屋面材料和檩条自重;

(2)屋面均布活荷载;

(3)屋面雪荷载和积灰荷载;

(4)风荷载,由于屋面较轻,檩条设计的风荷载主要考虑向上的吸力;

(5)施工及检修荷载。

设计计算檩条时除了考虑由于竖向荷载作用下产生的内力外,还应考虑其作为纵向支撑体系的一部分而产生的檩条轴向附加内力,如:

(1) 檩条作为主刚架斜梁的侧向支撑将产生轴力;

(2) 防止主刚架斜梁下翼缘受压屈曲而设置的隅撑将对檩条产生附加的轴力及弯矩;

(3) 作为结构体系的纵向水平系杆,由水平支撑传来的作用力。

其中(1)、(2)的附加内力一般不同时产生,作为纵向水平系杆的檩条应设置为双檩条。

2、效应组合

檩条设计考虑的效应组合的原则是:

(1) 屋面均布荷载不与雪荷载同时作用;

(2) 积灰荷载应同雪荷载或屋面活荷载同时作用;

(3) 施工荷载仅与屋面及檩条自重同时考虑。

推荐考虑以下组合,其中活荷载指的是屋面均布活荷载与雪荷载的较大值并迭加积灰荷载:

(1)1.2恒+1.4活

(2)1.2恒+1.4活+0.6*1.4风

(3)1.0恒+1.4风+0.7*1.4活

(4)1.2恒+1.4施工荷载

3、檩条的设计

设计檩条时需要考虑檩条的强度、稳定及刚度。

(1)、薄壁型钢檩条截面特性的计算

1)卷边槽形冷弯型钢(厚度为t)

I. 全截面截面特性

图6 卷边槽钢全截面

clip_image020

图6所示截面中,

clip_image022 (1)

II. 有效截面特性

图7 卷边槽钢有效截面

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在图7中,假设下翼缘受拉,

clip_image026 (2)

2) 卷边Z形冷弯型钢(厚度为t)

I. 全截面截面特性

图8 卷边Z型钢全截面

clip_image028

截面符号见图8。

clip_image030 (3)

由转轴公式可得:

clip_image032

clip_image034

推导可得到:

clip_image036 (4)

II. 有效截面截面特性

截面符号见图9所示:

图9 卷边Z型钢有效截面

clip_image038

clip_image040 (5)

(2)、强度设计

檩条的强度计算应考虑檩条的有效截面,并按双向受弯的公式计算,如下所示:

clip_image042 (6)

上式中,MxMy为对截面主轴x和y的弯矩;Wex,Wey为对截面主轴x和y的有效截面模量。

(3)、稳定设计

对于屋面有很好的支撑、能够防止檩条的失稳和扭转的情况可只按式(6)计算檩条的强度,否则还应按式(7)验算檩条的稳定性,稳定验算公式中也采用檩条的有效截面特性。

clip_image044 (7)

上式中,φbx为梁的整体稳定系数。

(4)风吸力下的稳定验算

屋面及横向支撑体系可以对檩条的上翼缘起侧向支撑和扭转约束的作用,竖向向下荷载作用下檩条的稳定性一般可以保障。风吸力作用下,檩条的最大应力发生在檩条下翼缘与檩条腹板的交界处,而屋面及支撑体系连在檩条的受拉翼缘侧,可以按前述第三节设置双拉条来阻止檩条的上下翼缘扭转。若在檩条下翼缘位置没有侧向支撑,则下翼缘的受压侧极易失稳。这种缺少支撑的檩条受力状态非常复杂,许多规范或是取用折减系数降低其计算的承载力,或是规定了复杂的计算方法。新修订的门式刚架规程仍旧参照了欧洲规范的计算方法。

当屋面能阻止檩条上翼缘侧向失稳和扭转时,在风吸力作用下檩条下翼缘的受压稳定性可按下列公式验算:

clip_image046 (8)

clip_image048 (9)

clip_image050 (10)

clip_image052 (11)

clip_image054 (12)

clip_image056 (13)

上式中,Mx为对截面主轴x的弯矩设计值(图6-图8);Wex为檩条有效截面对主轴x的截面模量,腹板有效面积的分布应按本章第2节公式确定;My为垂直荷载引起的檩条自由翼缘(下翼缘)的侧向弯矩,当自由翼缘受拉时,My为零;My0 为忽略弹性支座约束影响的自由翼缘侧向弯矩;qx 为由于截面扭转引起的作用于自由翼缘的假想侧向荷载;q y 为垂直于翼缘的荷载设计值;ly 为拉条间的距离,当无拉条时为檩条跨度;l0 为檩条下翼缘受压区长度,简支檩条取跨长,连续檩条取单跨内的受压区长度;k为系数,按表1所列公式计算;Ifly 为自由翼缘对主轴y的惯性矩,取自由翼缘加1/6腹板高度的截面对主轴y的惯性矩;K 为侧向弹簧刚度,

clip_image058 (13)

这里,式中e 为荷载的偏心距,对Z形檩条为上翼缘螺钉中心至腹板中心的距离a,对槽形檩条为上翼缘螺钉至截面弯心的距离,见表1所示;h 为檩条截面高度;hd 为檩条腹板展开宽度;t 为檩条厚度;υ为泊桑比,取0.3;Ct 为抗扭弹簧刚度,

clip_image060 (14)

clip_image062 (15)

clip_image064 (16)

上式中,clip_image066表示面板与檩条连接的抗扭刚度(Nm/m/rad);clip_image068表示与面板抗弯刚度相应的抗扭刚度(Nm/m/rad);clip_image070为每米长度上檩条与面板连接的紧固件数目(面板每个肋上不得多于一个);clip_image072为系数,单跨面板可取2;clip_image074为每米宽度面板的截面惯性矩;clip_image076为檩条间距(m); Wfly 为自由翼缘加1/6腹板高度对主轴y的截面模量;χ为檩条下翼缘压弯屈曲时的承载力降低系数,

clip_image078clip_image080 (17)

clip_image082 (18)

clip_image084 (19)

clip_image086 (20)

clip_image088,0≤R≤200 (21)

clip_image090 (22)

clip_image092 (23)

这里,clip_image094为缺陷系数,上翼缘与面板相连时取0.21;clip_image096表示自由翼缘的相对长细比;clip_image098表示自由翼缘绕自身y-y轴的长细比;clip_image100表示自由翼缘的截面面积;clip_image102为自由翼缘的计算长度;clip_image104为自由翼缘加1/6腹板高度毛截面对主轴y的回转半径;φy 为自由翼缘加1/6腹板高度截面的轴心受压构件对主轴y的稳定系数。当檩条受轴向压力时,公式(8)中尚应计入受压效应;

表1 系数k的计算公式

截面类型和荷载

K值

自由翼缘上水平力作用方向

clip_image106

clip_image108

与下翼缘伸出方向相同

clip_image110

clip_image112

与下翼缘伸出方向相同

注:Iu为截面绕垂直于其高度的轴线的惯性矩,如表中插图所示。

(5)刚度

檩条的刚度验算根据屋面材料的不同有不同的限值。仅支承压型钢板的檩条构件挠度一般控制在1/150。

(6)拉条支撑的设计

檩条间拉条和撑杆的截面应按计算确定。拉条一般采用张紧的圆钢,其直径不得小于8mm;撑杆通常采用方管或角钢,其长细比不得大于200。

张紧的檩条间拉条(撑杆)可视作檩条的侧向支撑。拉条(撑杆)的内力可按其所拉接的檩条承受的线荷载的坡向分量(qx1)作用下的连续梁反力进行计算(图10)。设计时,取受力最大的一根拉条按轴心受拉构件(撑杆按轴心受压构件)选择截面。有若干根檩条以拉条拉接时,拉条所承受的最大轴向拉力应取按上法算得的单根檩条使拉条产生的内力与所拉接檩条数的乘积。

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图10 拉条内力计算示意图

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第1楼 undefined 发表于 2012-05-17 13:23
1983年,乔布斯对百事可乐的 CEO John Sculley 说:“Do you want to sell sugar water for the rest of your life, or do you want to change the world?”(你想卖一辈子糖水,还是改变世界?)就这样,一段传奇的合作开始了。

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