冷轧钢构架设计指南

1、冷轧钢构架设计指南设计指南CF02-12002年一月冷轧钢结构构件设计规范委员会美国钢铁学会冷轧钢构架设计指南设计指南CF02-12002年一月冷轧钢结构构件设计规范委员会美国钢铁学会纽约，17号街，1101华盛顿 20036本书的设计指南是在美国钢铁学会对冷轧钢结构构件设计规范的基础上的进一步阐述。该指南的发展是由美国钢铁学会赞助。美国钢铁学会规范委员会想对本书的作者，即T.W.J Trestain结构工程的Thomas Trestain先生表示谢意。预计对冷轧钢行为进一步的理解和新科技的持续发展，这种材料也许会过期。有可能美国钢铁学会会试着更新这个指南，但并不能保证一定有。此间包括的材料的

2、发表并不意味着是美国钢铁学会的代表或是授权，也不代表里面提到的任何一个人的观点。这里的材料只是为基本信息所用。这些信息不是专业建议的代替。若将这些信息的应用于特定工程，则必须经专业注册工程师过目。本书不对任何使用本书信息的人极其使用结果负责。第一次印刷-2002年一月版权2002，美国钢铁学会冷轧钢构架设计指南前言这次发表旨在为建筑的冷轧钢构架结构的设计者提供一个指南。冷轧钢构架产品包括柱子，托梁，椽，桁架以及各项支撑和连接成分。它们可以是独立的截面到现场再建造，或是拼在一起成为墙，地板或是屋顶的预组装结构。在这个发表中呈现的材料为读者提供的是基本信息。当这材料技术上被认为是正确的，并且与发表

3、当时公认的优良实践相一致，在任何所给出与其适用性相对应的应用中如果没有第一项安全能力建议的话是不应该使用的。无论是美国钢铁学会及其成员还是T.W.J Trestain结构工程都不保证此材料的大众或是个别使用，也不为其负责。指南范围和目的这个指南是用来协助实习结构工程师设计冷轧钢构架结构。指南是基于其相似的文献，轻钢构架手册-1991，这手册由加拿大钣金建筑学会出版。指南对基础建筑法则进行了回顾，同时附有许多详细的设计示例，涵盖了风向轴承和轴向荷载轴承柱墙和托梁。设计示例是基于美国钢铁学会对冷轧钢结构构件的规范的1996年版本，并且显示了如何将冷轧钢制造设计文献中的可用信息翻译成完整的结构体系。

4、设计示例显示了两种连接方式，螺丝和焊接，但重点放在焊接上。这个侧重只是仅做说明的目的，实际上螺丝结构更为普遍。同时也包括了普遍使用的混凝土螺栓和自钻螺丝的有用信息。指南建议了很多处理设计问题的方法，并且这些方法在美国钢铁学会规范中是没有包括的。这些方法包括对轨道中扭弯力进行检查的合理方法，还有检查在轴向荷载轴承柱墙组件底导轨的轴承应力的大致方法，以及检查风向轴承应用的内外顶部导轨组件的强度和刚度的方法。此指南通篇使用了通用的冷轧钢构架构件指示系统。这个产品辨别方法在附录1有描述。另外信息来源还有很多其他对冷轧纲构架设计有用的文献资源。它们或许是列在以下网站上，或许在以下网站上可以找得到：美国钢

5、铁学会 钢柱制造协会 轻规格钢协会 冷轧钢结构中心 /ccfss北美钢构架联盟 未涵盖项一些项目虽然在时间中很普遍，但是并未包括在指南中。l 设计示例并不包括动力（低速）扣件。具体看介绍部分的进一步讨论。l 针对风向轴承柱的设计示例，使用内外顶端导轨弯曲详图代替了更普遍的单顶端导轨详图。感谢美国钢铁学会感谢加拿大多伦多T.W.J Trestain结构工程的Thomas Trestain先生为此次出版准备工作做出的贡献。Trestain先生在设计和搭建冷轧钢构架方面经验丰富，并且是冷轧钢结构设计规范美国钢铁学会委员会和其他自发行业委员会的当届委员。与此同时，也非常感谢钢柱制造协会的贡献。钢柱制造

6、协会在出版之前提供了它们一般的柱和托梁荷载表格，而这些表格被广泛应用于这篇指南。这个指南的发展同时有受到了Dietrich设计集团公司的Greg Ralph 和Ray Wager的大力协助，他们自愿提供了指南的制图。很多工程师为这个工程提供了他们的专业知识。Devco 工程的Rob Madsen制作了钢柱制造协会一般荷载表，并提供了西海岸表格和行业实践的很多有用的解释。钢铁网架的Ed DiGirolamo和Matsen Ford 设计协会的John Matsen的东部实践亦非常有帮助。另外，McCavour工程的Scot McCavour提供了他个人的建议，并附有他们其中一份内部明细（数据3-

7、18）。最后，美国钢铁学会规范委员会附属委员会4，柱和打孔成分的会员回顾之后提供了很多有思想性的评论，而这些思想的实行大大地改进了个指南。目录表介绍1设计指南重点2. 荷载和抗力设计与容许应力设计3. 荷载 3.1 风力，地震力和重力额定荷载 3.2 荷载混合因素4. 冷轧钢构架成分设计强度 4.1 成分设计强度 4.2 作为支撑功能的成分设计强度 风向轴承柱支撑 轴向荷载轴承柱支撑 托梁和椽支撑 4.3 连接的设计强度 焊接 螺丝 混凝土螺栓和扣件 动力（低速）扣件5. 可供选择的合理分析与测验参考设计示例#1用螺丝连接风向轴承填料墙与覆盖物设计步骤介绍步骤1前提步骤2 设计风力荷载步骤3

8、典型柱选择步骤4 底部和内部端导轨步骤5 窗户构架截面步骤5（a）铝竖框荷载步骤5（b）底槛和过梁导轨设计步骤5（c）旁柱设计步骤5（d）旁柱选择步骤6 最终柱和导轨构件选择步骤7 外部顶端导轨步骤8 连接设计 步骤8（a）剪刀撑 步骤8（b）柱与底部连接步骤8（c）柱与顶端导轨连接步骤8（d）组合旁柱连接步骤8（e）组合窗过梁连接步骤8（f）底槛导轨与旁柱连接步骤8（g）组合过梁与旁柱连接步骤8（h）底导轨与混凝土连接步骤8（i）顶端导轨与混凝土连接步骤8（j）顶端导轨与嵌入平面连接参考设计示例#2用焊接连接风向轴承填料墙与无覆盖物设计步骤介绍步骤1典型柱设计 步骤1（a） 检查试验柱的扭弯

9、力 步骤1（b）检查试验柱的横向不稳定性步骤2过穿孔剪刀撑设计 步骤2（a） 剪刀撑导轨设计 步骤2（b） 剪刀撑焊接连接 步骤 2（c） 剪刀撑螺丝连接步骤3检查底导轨的横向不稳定性步骤4修正旁柱步骤5各种焊接连接设计 步骤5（a）窗过梁连接 步骤5（b）柱与顶端导轨或是底导轨的连接 步骤5（c）底槛与旁柱的连接 步骤5（d）窗过梁与旁柱的连接步骤6对焊接连接的概论步骤7剪力墙详图步骤8胸墙 步骤8（a） 为胸墙选择典型悬臂柱 步骤8（b） 典型悬臂柱的扭弯应力 步骤8（c） 为胸墙选择悬臂组合旁柱 步骤8（d） 柱到屋顶板连接设计步骤8（e） 窗过梁参考设计示例#3带有带窗的风力轴承墙介绍

10、步骤1前提步骤2设计风力荷载步骤3设计地震荷载步骤4可供选择的设计步骤步骤4（a）冲压窗户路径（设计可互换#1）步骤4（b）冷轧钢竖框（设计可互换#2）步骤4（c）悬臂过梁和底槛（设计可互换#3）步骤4（d）结构外部表面的柱（设计可互换#4）步骤5典型柱设计步骤5（a）风力荷载步骤5（b）地震力荷载步骤6典型导轨步骤7典型柱连接步骤7（a）位于风力荷载下的B的横向支撑连接步骤7（b）位于地震力荷载下的B的横向支撑连接步骤7（c）位于静荷载和风力荷载下的C的直立和横向支撑，连接的主体步骤7（d）位于静荷载和地震力荷载下的C的直立和横向支撑，连接的主体步骤7（e）位于静荷载和风力荷载下的C的直立和

11、横向支撑，柱焊接的角钢步骤7（f）位于静荷载和地震力荷载下的C的直立和横向支撑，柱焊接的角钢步骤7（g）位于静荷载和风力荷载下的C的直立和横向支撑，柱到混凝土填塞（结构钢）焊缝角钢步骤7（h）位于静荷载和地震力荷载下的C的直立和横向支撑，柱到混凝土填塞（结构钢）焊缝角钢步骤8柱填料步骤9可供选择的商店使用涂层详图参考设计示例#4 冷轧钢构架地板和轴向轴承柱墙介绍步骤1前提步骤2楼层托梁选择步骤3楼层托梁剪刀撑步骤4楼层托梁腹板固件步骤5托梁到腹板固件焊接步骤6封闭轨道步骤6（a） 截面尺寸步骤6（b） 焊接步骤7典型柱步骤7（a） 检查折弯度步骤7（b） 轴向荷载能力步骤8旁柱步骤9导轨选择步

12、骤10过梁步骤10（a）弯矩强度（重力荷载）步骤10（b）内部腹板曲弯（重力荷载）步骤10（c）混合腹板曲弯和弯曲（重力荷载）步骤10（d）混合弯曲和剪力（重力荷载）步骤10（e）折弯（重力荷载）步骤10（f）导轨到托梁连接（重力荷载）步骤10（g）组合过梁到旁柱连接步骤11剪刀撑步骤11（a）外加荷载步骤11（b）设计强度步骤11（c）相互检查步骤12剪刀撑点 步骤12（a）平拉带X支撑 步骤12（b）位于双柱固定点的剪刀撑扣角钢步骤13柱焊接连接的典型剪刀撑步骤13（a）剪刀撑轨道和剪刀撑扣角钢焊接步骤13（b）剪刀撑扣角钢和柱焊接参考附录A自钻螺丝和焊接的设计价值附录B混凝土锚固的设计价

13、值附录C 计算扭弯应力的大致简化方法附录D外部顶端导轨灵活度公式附录E内部顶端导轨做为梁位于弹性地基上附录F在导轨和轴向荷载轴承柱的混凝土之间的轴承应力分布附录G决定焊接连接中应力的一般方法附录H没有唇缘的相等腿角简化保守设计方法附录I产品辨别介绍设计指南重点这个设计指南的重点放在有关冷轧钢建筑的冷轧钢设计的基本原则上。指南显示了在实行建筑结构的设计时如何使用由冷轧钢构架制造商出版的厂商产品资料。把重点放在基础上是必要的，因为冷轧钢构架的多种多样注定了单一的设计指南基本上是不可能的。通过遵循所提供的示例，设计者应当获得必需的信心来实践他自己的设计，并认识到在冷轧钢设计中并无神秘可言。所有其他建

14、筑材料适用的基础结构设计原则同样也适用于冷轧钢构架。美国钢铁学会对冷轧钢结构构件的设计规范的知识，虽然是需要的，却不是必需的。注重于规范的那些部分的示例需要设计者的注意。大部分的工作在冷轧钢构架制造商准备厂商产品资料阶段已经完成了，包括截面特性和荷载计算，并全制成表格的形式。在这个设计指南中，示例准备的详图要比一般设计需求的更多。带着经验，设计者学习可以忽略二次效应并使设计过程流水化。另外，示例并不打算排除另外的设计方法和详图。还有很多其他令人满意的方式来设计冷轧钢构架结构。荷载和抗力因素设计与容许应力设计美国钢铁学会规范容许两种不同的设计方法，容许应力设计或是荷载和抗力因素设计。两种设计都是

15、可以接受的，但是冷轧钢构架行业几乎一直只使用容许应力设计。为了与此实践相对应，这个设计指南是基于容许应力设计的基础上的。荷载3.1 风力，地震力和重力额定荷载这个设计指南并不试着用各种建筑代码去解释风力和重力荷载系数。相反地，假定了额定设计风力和重力荷载。3.2 荷载混合因素 查阅美国钢铁学会规范A5部分注意冷轧钢构架行业将容许应力设计风力荷载当成是与美国钢铁学会规范相一致来对待的。关于决定强度，当混合荷载由可应用代码指定或是当规范包括风力和地震力时，美国钢铁学会规范A容许施力可以增加75%。但是，当检查折弯度时，使用了完整的风力和地震荷载。4.冷轧钢构架成分的设计强度4.1 构件设计强度构件

16、承载力表现为力矩，剪力和腹板折弯设计强度和用来检查折弯度的惯量力矩，基本都可以在制造商的产品资料中找到。产品资料一般也包括风力，轴向荷载轴承柱和屋顶和楼层托梁的荷载表格。这个指南中的容许跨度，荷载和截面特性引用自钢柱制造协会一般荷载表格，使用了下面的柱和导轨的屈服强度和张力强度值。厚度小于或等于0.0451英寸，Fy=33ksi和Fu=45ksi。厚度大于0.0451英寸，Fy=50ksi和Fu=65ksi。这些假定的屈服强度和张力强度值对柱来说是普遍的，而对导轨来说则更典型的是所有的厚度屈服强度都是33ksi。在指定屈服强度为50ksi的导轨时请先与当地制造商联系，也许需要一个特殊的定单。备

17、注1在制造厂商产品资料里数据的量因制造商的不同而不同。下方是建议有用的特性和设计强度的列表。至于没有在出版的表格中包括的数据与制造商协商。风力轴承柱容许高度表。轴向荷载轴承柱荷载表，楼层屋顶托梁荷载或跨度表。如果使用腹板冲孔，就必须包括减弱冲孔的效果。柱和托梁的截面特性。导轨和剪刀撑轨道的截面特性。所有构件的几何截面。柱的弱轴弯矩强度。柱和导轨全面有效（未删减）的弱强轴特性，以此来协助设计者计算一般组合部分的合成特性。在冷轧过程中弯距和轴向荷载强度有或没有增加强度（美国钢铁学会规范A7.2）。至于焊接结构，那么使用因冷轧而造成的强度增加的表格就不可能了。具体看美国钢铁学会规范部分A7.2（c）

18、。完整的扭力特性，包括剪力中心的位置。小“j”用来检查弱轴弹性关键时刻。此指南中的设计示例，使用了为钢柱制造协会准备的和基于1996年美国钢铁学会基础上的一般荷载表。这些表格包括腹板冲孔对轴向荷载的减弱效果，但并不对剪力和弯距产生减弱效果。钢柱制造协会的表格也包括冷轧后的强度增加和那些使用在螺丝和焊接设计示例中的特性。注意美国钢铁学会规范部分A7.2（c）需要测试焊接对由冷轧造成的屈服强度增加的损耗（如果有的话）后作出决定。设计示例假定必需的测试已经做了。偶尔地，当出版的值确定时或是面对一个特殊的个例时，设计者也许会希望得到一个构件承载力。美国钢铁学会规范（参考1）包括局部纵弯，和张力，弯力和

19、压力中的构件和组合的轴向荷载和弯力，也涵盖了构件设计。另外，在轴向荷载柱的其中一边上有一个特殊的部分覆有不完整的（也就是说，覆盖物并没有完全包住柱子）覆盖物。规范（注释）也包括在更综合的文献中，这个文献就是美国钢铁学会冷轧钢设计手册（参考2）。这个参考包括了额外有益的信息，包括计算机辅助，辅助公式，梁柱的工作示例，连接，钢特性和测试过程。注意美国钢铁学会规范中（参考1）的设计表达并不包括带有大腹板冲孔1的弯曲构件或是在支撑点之间附属于扭力荷载的构件的案例。对这些案例，美国钢铁学会规范要求测验（部分F）。也可以看这个介绍中项5，可供选择的合理分析与测试的讨论。4.2 做支撑作用的构件设计强度冷轧

20、钢构架构件，不论是柱还是托梁，都依靠辅助的支撑来对抗横向的不稳定性，弱轴弯曲以及由不经剪力中心的荷载造成的扭弯。风力轴承柱支撑风力荷载通过覆盖材料或是连接物如砖系转换成柱。这些荷载对柱的剪力中心来说典型的是离心的，结果造成扭弯。图1（a）图示了覆盖物承载在托梁顶部边缘时的扭弯离心。图1（b）图示了一个更大的扭弯离心，这对带砖系的柱或是当螺丝在张力时的覆盖物附件。三种类型的支撑一般用来抵抗荷载的扭弯部分和柱向侧边弯曲的趋势。具体见图示2，3和4。图2的通过冲孔剪刀撑设计在柱和连续的剪刀撑轨道之间形成一个牢固的力矩连接。每根单独的柱里的扭力由剪刀撑轨道和邻近柱的主要轴弯曲强度来对抗。注1 1996

21、年版的美国钢铁学会规范的附录1的确包括带有大腹板冲孔的弯曲构件的设计规定。但是这个指南不包括附录的规定。优点：用做结构剪刀撑的等距固件并不像表面剪刀撑那么重要（固件只要求抵抗转换，而不是旋转）。容易从一边安装剪刀撑为棉絮类型保温材料提供支撑。缺点预先冲轧的腹板冲孔必须排成一排。每一个连接需要一个扣角钢和最少4个螺丝或是焊接。并不似表面剪刀撑那样坚固，尤其是薄一点的材料。图2的钢带表面剪刀撑的设计只在张力中见效。因为柱都有一个向同一方向弯曲的趋势，拉带必须等距固定到最初的结构上或者是因结构需要，每几个柱间空间都需要阻塞，也可能是两种皆要。优点：即使安装最初有松散，也是最牢固的剪刀撑方式。每个柱子

22、只需要2个螺丝（也就是一边一个螺丝）或是焊接。可以不依赖腹板冲孔而进行安装。缺点：为了安装剪刀撑，墙组件的两边都需要入口。（除非连接是焊接）需要等距固件和阻塞。张力拉带更倾向于实地弊端。将覆盖物作为支撑在图4中有显示。覆盖物可以是钢，复合板，水泥或是石膏墙板，灰泥木条板，灰泥华夫板等等，而最常用的则是石膏墙板。注意行业实践是用最少的数量的钢铁剪刀撑来辅助覆盖物，以此来队列构件和在架设时以及在完整的结构中提供必要的结构完整性。优点：覆盖物为柱提供邻近连续的支撑。覆盖物的隔板强度将支撑力转移到顶部和底导轨。覆盖物一般要求满足建筑或是建筑物科学考量，并且以极少乃至没有额外的花费的情况下需要起支撑的作

23、用。缺点：在柱的两边都需要安装覆盖物（或者是一边安装覆盖物，另一边由钢铁剪刀撑辅助）。石膏墙板覆盖物会在薄（0.0346英寸）一点的材料中抑制柱但是在厚一点的材料中则需要辅助的钢铁剪刀撑来有效地抑制柱。（参考3）因为容易遭受潮湿，石膏墙板覆盖物的支撑性能很大程度地损耗。既然覆盖物将支撑力转移到顶端和底导轨，就要求导轨的设计必须要接受这些力。要使这些力容易地被转移，不仅需要典型的底导轨详图设计，还要求顶部导轨的滑导轨详图设计的考量。制造商针对风力轴承柱的容许高度表一般假设柱两边都包有完美的覆盖物。这些覆盖物被假定是完全横向抑制了柱，也没有将横向不稳定性和二次扭弯应力考虑进去。当使用这些何在表格时

24、，必须注意要保证这个假定在实践中可以达成。备注2即使没有覆盖物，或者是覆盖物不能起到结构支撑的作用的，如果有足够的剪刀撑，可以使因为扭弯力造成的横向扭弯和二次应力可以忽略不计，那么制造商的典型覆盖荷载表格还是可以使用的。 轴向荷载轴承柱的支撑轴向荷载轴承柱对抗风力和轴承荷载。因为风力荷载与轴向荷载的重叠，因此需要支撑来提供横向弯曲和扭力抑制来对抗风力以及关于弱轴的柱弯曲抑制。典型的支撑类型请看图示2，3，4。在图2和3中的穿孔和表面剪刀撑都设计成抵抗荷载的扭力成分以及由风力引起的柱到横向弯曲的趋势。另外，它们必须阻止因轴向荷载引起的柱弱轴弯曲。这些弱轴支撑力经由一定数量的柱和剪刀撑积累，因此最

25、初结构需要等距固件。图5显示了通过使用钢铁平拉带交叉支撑将剪刀撑力转移到结构的一般方法。一个可供选择的设计方法是依靠覆盖物的剪力隔板强度（图4）将积累的剪刀撑力转移到底部和顶部导轨，而任何单独的柱则被设计成所有钢铁不依靠覆盖物的下属结构。这个设计方法是基于一个观念，这个观念是指可能会局部地损坏或是无效，因此也就不能支撑一根单独的柱，但是在一定长度的墙上作为一个剪力隔板结构上仍然是足够的。美国钢铁学会D4（a）建议了另一个设计方法是在没有钢铁剪刀撑的情况下覆盖物单独起作用。设计表述将覆盖物的剪力灵活度和为柱提供不完整的支撑计算在内。这个设计方法不被柱行业采用有以下几个原因：设计表述很复杂。设计表

26、述并不相信辅助钢铁剪刀撑的存在，而一般都是安装辅助钢铁剪刀撑来队列构件以及在建筑物架设过程中和完成的建筑物时提供必要的结构完整性。假定有足够的钢铁剪刀撑，部分D4（a ）中的不完整的覆盖物产生的承重力要比全钢方法要低。最受欢迎的覆盖物，石膏墙板，被认为是过于潮湿，以及对荷载圈过于敏感，以至于在建筑物的寿命里不能作为一个可靠的结构支撑。部分D4（a）中的其他限制更使得典型使用的绝大部分都不实际。制造商针对轴向荷载轴承柱的荷载表格一般假定三种可能支撑条件中的一种：1 柱覆盖有完美的覆盖物，这覆盖物可以完全横向抑制柱，并且只允许柱主轴的柱弯曲。当使用这种荷载表时，必须注意确定这种假定在实践中是可以达

27、成的。2 柱设计是用全钢方法，没有一点依靠覆盖物。设计方法是基于有足够的的剪刀撑的观念的基础上的，以为有足够的剪刀撑，因此因扭力引起的二次应力就小到可以忽略不计。（几乎没有荷载表格明细将扭弯应力包括在内。）3 柱覆盖有不完整的覆盖物，根据美国钢铁学会规范D4（a）设计。托梁和椽的支撑托梁和椽的设计一般都忽略了扭力和横向不稳定性的影响，因为覆盖物如复合地层楼板与完工的天花板相结合提供了必需的隔板强度。当一边或是两边都没有覆盖物时就需要剪刀撑来防止弯曲。在任何一个情形中，提供一个最小量的剪刀撑来队列构件并在构建以及完成时提供必要的结构完整性在行业中是标准的实践。制造商针对托梁和椽的荷载表格一般假定

28、由顶端和底部覆盖物完全抑制。4.3 连接的设计强度焊接美国钢铁学会规范中部分E2.4和E2.5定义了带子和喇叭形坡口焊的单位强度。单位强度是指焊接类型，焊接长度和荷载方向的功能。在这文献中的设计示例使用了附录A中列出的简化保守方法。螺丝美国钢铁学会规范（参考1）规定了钣金和自钻螺丝连接的设计强度。提供了除螺丝自身的剪力和张力强度之外的分析表述。附录A中提供了额定强度并在部分E和E4.4.3中提供了建议性的解释。 混凝土锚固和扣件附录B中展示了两种特性类型锚固的建议设计值。 动力（低速）扣件尽管动力扣件没被包括在设计示例中，它仍然是一种可行的普遍使用的连接方法。将应用其他扣件类型使用的设计原则。

29、关于扣件的承载力，间距和边距，请看国际建筑管理人员协会第2388份报告（参考5）。5.可供选择的合理分析与测试美国钢铁学会规范图1.1陈述“组成成分或是要素，组件和连接的构造或是冷轧钢结构构件的详图之类中的强度计算不能与规范所提供的相一致，它们的结构性能应当由测试决定”美国钢铁学会规范因此需要可能的情况下由设计者计算或是在不可能的情况下进行测试。可供选择的合理分析并不是一个选择，除了在规范明确指出的限制情况下。在这个指南中，为可供选择的合理设计步骤制作了偶然性参考，举例来说，轴向荷载轴承柱的离散支撑和柱的组合轴向承载力底对底焊接。设计者也许会选择可箜选择的合理分析方式，但是这种方法并没有包括在

30、美国钢铁学会规范2的范围之内。22001年，美国钢铁学会规范委员会通过了合理分析作为与测试可以互换的选择，但是要基于合理的理论，相关的测试数据（如果有的话），和工程判断。因此可供选择的合理分析将会包括在下一版的美国钢铁学会规范中。参考1. 冷轧钢结构构件设计和注释，1996版，美国钢铁学会。2. 冷轧钢设计手册，1996版，美国钢铁学会。第一部分 尺寸和特性第二部分 梁设计第三部分 柱设计第四部分 连接第五部分 冷轧钢结构构件设计，1996版，美国钢铁学会第六部分 对第五部分的注释第七部分 辅助信息第八部分 测试步骤3. 钢柱支撑墙的强度和刚度特性设计支撑砖面，工程执行分割准备，麦马斯特大学R

31、.G. Drysdale和N.Breton加拿大住宅和抵押公司，1991年12月。4. 对冷轧钢柱墙组件行为的研究，由美国钢铁学会发起，康纳尔大学T.H. Miller和T.Pekoz牵过梁，1989年11月。5. 国际建筑管理人员协会评估报告2388号，Hilti低速动力促动动力和Hilti空气驱动扣件，1995年11月再次发行，国际建筑管理人员协会评估服务公司。设计示例#1用螺丝连接风向轴承填料墙与覆盖物设计步骤介绍这个设计示例是基于覆盖物设计物方法，这个方法假定覆盖物结构上足够对抗不外加通过剪力中心的荷载扭弯成分以及对抗横向不稳定性的影响。构件设计使用了简单梁理论。所有的连接用自钻螺丝固

32、定。至于焊接连接和无覆盖物的设计方法，看设计示例#2，它包括了扭力的二次效应和横向不稳定性。图1-1 显示了一个风力轴承填料墙组件的成分。在图1-1中标示的数字与此示例中使用的可应用设计步骤相一致。基本步骤如下：步骤1前提步骤2 设计风力荷载步骤3 典型柱选择步骤4 底部和内部端导轨步骤5 窗户构架截面步骤6 最终柱和导轨构件选择步骤7 外部顶端导轨步骤8 连接设计步骤1前提外部保温涂层结构外部涂层对柱应用了统一的荷载柱间距=16英寸o.c.柱高度=13英尺-0英寸内外覆盖物为不经过剪力中心的荷载和横向不稳定性提供足够的扭力抑制。除了组件自身的重量之外没有轴向荷载。L/360弯度曲限制步骤2设

33、计风力荷载 从管理建筑代码中知，额定风力荷载为±28 psf。强度的设计风力荷载=0.75（28）=±21psf（美国钢铁学会规范 A）弯曲度的设计风力荷载=1.00（28）=±28 psf（介绍3.2项） 步骤3 典型柱选择关于制造商的风力轴承柱容许高度有以下细节：高度=13英尺-0英寸间距=16英寸o.c.额定风力荷载=±28 psf弯曲度限制= L/360注意典型风力轴承表包括以下检查：额定风力荷载处的弯曲度检查0.75x额定风力荷载处的中跨力矩检查0.75x额定风力荷载处的末端剪力检查腹板弯曲也许不在容许高度表中标示试用600S162-43柱Fy

34、=33ksi（注意：600S162-43是冷轧钢构架制造商普遍采用的设计结构。附录1中有对结构的描述。）摘自制造商的表格HMAX =13英尺-7英寸30psf（弯曲度控制）HMAX =14英尺-5英寸25psf（弯曲度控制）因为两边风力荷载的弯曲度控制，添写就成了可能。因此 28 psf：HMAX =13英尺-11英寸13英尺-0英寸 OK检查腹板弯曲强度（看备注1-1）1英寸的轴承长度容许Pext = 310Ib.（摘自制造商的荷载表格）所需Pext= 0.5Wl（间距/12） = 0.5（0.75）（28）（13）（16/12） =182 Ib.310Ib. OK备注1-1对于典型的柱和导

35、轨连接（焊接或是螺丝），柱的腹板弯曲强度可以由美国钢铁学会规范Eq.C3.4-1充分预计，Eq.C3.4-1假设额定轴承长度为1英寸（参考1）。为了使这个腹板弯曲计算有效，不允许腹板冲孔接近柱的末端。制造商的荷载表格一般将最后的冲孔中心线和柱末端之间的最小距离设置为12英寸。关于美国钢铁学会规范1996年版附录1是关于与向心荷载或是反作用力邻近的冲孔的腹板弯曲设计款项了。附录的款项没有包括在这个指南中。步骤4底部和内顶部导轨对于典型的柱和导轨连接（焊接或是螺丝），如果导轨的厚度等于或大于柱的厚度，那么就可以增强柱（如步骤3中所检查的）的腹板弯曲强度（参考1）。 备注1-2薄一点的导轨也是可以接

36、受的，并且可以使用参考2中的设计表述检查。Pt = 0.6Fuwt1/其中Pt =导轨的本地强度（柱末端和导轨腹板之间的最大间隙是1/4英寸）0.6Fu=导轨钢的极限剪力承载力w =柱边缘的平宽t1=导轨的厚度=安全系数=2（建议）代替Fu=45ksi（一般相应Fy=33ksi 钢）w =1.625-2x（中心线弯曲半径）-t =1.625-2（0.09375）-0.0451 =1.392英寸得出：Pt =0.6（45）（1.392）（0.0451）（1000）/2 =848 Ib要求的182 Ib步骤5窗户构架构件风力荷载在玻璃上和支撑构件的分配将风力荷载从窗户组件转移到周围的柱构架是一个复

37、杂的问题，取决于窗户自身的结构行为以及窗户和周围冷轧钢构架构件的连接。一般来说，假定4个路径或是2个路径的风力荷载分配是足够的，如图1-2所示。在这个例子中：高度/宽度=6.50/3.25=2.00，这对玻璃和2个路径分配上适用的。看备注1-3。备注1-32个路径风力荷载分配（图.1-2）若高度和宽度比大于或等于2的话通常做窗户是足够的。设计示例同时也检查了4个路径的分配（这里没包括计算）显示了2个路径假设中的“错误”。4个路径与2个路径假设不同之处百分比底槛和窗过梁力矩 0%剪力 12%（保守估计）弯曲度 5%（保守估计）旁柱力矩 1%（最大值）剪力 0%弯曲度 1%（最大值）注意底槛，窗过

38、梁和旁柱冷轧钢构架的实际建造行为也许会有所不同，或者是2个路径或是4个路径假设，这取决于窗户自身的结构行为与窗户和周围冷轧钢构架构件的实际建造连接。设计窗户周围的实际荷载转移详图是复杂的，一般也是不要求的。步骤5（a）-铝竖框承载步骤5（b）-底槛和窗过梁导轨设计要求力矩.要求剪力.要求惯性.弯曲度限制= L/360.试用600T125-43导轨Fy=33ksiMall=10.17in.kips6.49 in.kips OKVall= 1321Ib 296 Ib OKIx（def）=1.75 in4 0.742 in4 OK为重力荷载加固窗过梁看表格1-5A1-5B600T125-43导轨具有

39、足够的主轴强度来对抗风力荷载。一些加强是需要的，但是对抗因墙组件重量引起的窗过梁松弛是最重要的。当一些相关的板移动时，外部导轨和内部导轨之间就会产生摩擦，这摩擦会使窗过梁的松弛进一步严重。内部导轨不能作为加固成分来依靠，因为它在窗户上也许是不连续的。在狭窄的窗户上松弛是不明显的的也是可以忽略的。但是宽一点的窗户就需要过梁了。注意焊接结构固有的牢固度，松弛是不用担心的。至于窗户的中间宽度，图1-5A中所示的窗过梁加固详图是足够的。图1-5B详图则适用于宽窗户。这个窗户试着创造一个组合部分，如图1-5A所示。假定额外的柱和导轨部分抵抗重力荷载，而其他的导轨部分对抗风力。窗过梁上方的外墙外保温及其终

40、饰面的保温系统墙体组件=9 psf要求力矩（没有0.75因素-只有静荷载）.要求惯性（只有静荷载）.弯曲度限制=L/360.试用600T125-43导轨和600S162-43柱作为一个近似，假定加固柱单独起强度作用。至于弯曲度，假定惯性由加固柱和导轨的弱轴特性的简单增加所给。Mall=2.36 in.kips（压力下的唇缘）1.85 in.kips OKIx（def）柱和导轨的全效弱轴惯性=0.148+0.044=0.192 in4 0.183 in4 OK注意全效（对本地带扣来说未缩减的）弱轴惯性已经被用做弯曲度检查，因为制造商的表格很少显示适合弯曲度计算的有效弱轴惯性。这是非保守假设但是通

41、过附加的覆盖物和内顶导轨（即使窗户上的不连接性）并不计算在内足够给予额外的加固。步骤5（c）旁柱设计图1-6显示了旁柱的承载w1=（1.33/2）（28）=18.6Ib/ftw2=（3.25/2）（28）=45.5Ib/ftP=296Ib.（窗过梁/底槛反作用力）要求力矩（在中跨处的最大值）.要求剪力和腹板弯曲.要求惯性弯曲度近似值，如图1-7所示的点荷载P1代替了部分均一分配的荷载。P=296 IbP1=6.50（45.5）=296 Ibw1=18.6Ib/ft.注意那是用计算机.因此，用点荷载代替部分均一分配荷载保守是4.1%。弯曲度限制为L/360，.使用确切的解决方法.可能的组合构件构

42、造看图1-8，1-9和1-10步骤5（d）旁柱选择表格1-1总结了旁柱选择计算。这个表格是基于力矩抗力和组合部分的惯性是成分不见的简单额外物的设计近似值。看备注1-4作为一个可供选择的方法。注意作为组合构件一部分的导轨截面长度如果超过10英尺-0英寸就要求专门定单。与当地制造商确认。表1-1 旁柱选择表格.组合部分A：弯曲度和腹板弯曲不理想组合部分B：弯曲度不理想组合部分C：OK组合部分D：OK两根柱背对背连接的容许腹板弯曲强度Pext 实际上比单根柱的腹板弯曲强度的两倍要大。腹板弯曲设计表述中背对背具体描述。注意为组合旁柱的导轨加固为了满足强度或是刚度要求也许不是必要的，但是需要促进窗过梁和

43、底槛的连接以及窗构架自身的连接。早先指出，在底导轨和内部顶导轨下面，如果导轨的厚度等于或是大于柱的厚度，那么柱的腹板弯曲强度可以增强。这个结论是基于对单根柱和导轨连接所做的研究（参考1），也许就不适用于背对背柱。然而，备注1-2中对单根柱的设计表述可以保守地应用于背对背的例子来检查导轨厚度。摘自 备注1-2，Pt =848Ib.要求的424 Ib. OK组合部分E：弯曲度不理想在螺丝结构的组合构件中并不提倡两根柱底对底，因为很难有效地将柱连接在一起。这种底对底构造只适用于焊接结构。注意1-4作为一个选择组合旁柱构件可供选择的方法，由每个截面承受的荷载W可以根据构件相应的刚度来分配。为了等同弯曲

44、度，可以得到以下公式：W柱=W总/（1+Ix导轨/Ix柱）W导轨=W总-W柱但力矩控制旁柱选择时，这个相关的刚度方法可以产生更多保守的结果。一般来说，弯曲度或是腹板弯曲管理和使用的简单外加方法是足够的。当由力矩控制时，简单外加方法也许仍然是有效的，因为假定首先到达屈服的构件将任何额外的荷载发散到仍然具有反面强度的组合构件的其他部分。这个假定并没有经测试验证。注意相关刚度方法并不适用于腹板弯曲，因为假定柱部分承受这个例子中的所有荷载。步骤6-终柱和导轨构件选择备注1-5将不同厚度的柱和不同厚度的导轨置于同一个工程中一般来说是不实际的，至少在同一层中是不实际的。混合的厚度会导致现场错误的厚度置于错

45、误的地方。制造商并不存储柱和导轨，更多的是根据定单滚轧柱和导轨。通过指定一种类型的柱和导轨，就减少了交货的时间，也省去了小量生产所需要的额外费用。在这个工程中柱和导轨混合厚度几乎没有道理。因此下面的构件选择是合适的：典型柱 步骤3中的600S162-43底导轨 步骤4中的600T125-43底槛导轨 步骤5（b）中的600T125-43组合窗过梁 步骤5（b）中的2-600T125-43导轨 1-600S162-43 柱组合窗旁柱 步骤5（b）中的2-600S162-43 柱 1-600T125-43导轨 组合部分D步骤7 外部顶导轨会使用内部和外部顶导轨详图来适应板弯曲度（以及柱缩短的可能累

46、计效果）使得柱不轴向承载。这个详图也适合板到板高度的结构公差因此柱就不需要现场切割成定制长度。容许结构公差为与所说的±1/4英寸（在这个工程里1/4英寸意味着比一般的混凝土公差好很多）。根据该工程的结构工程师，指定的长时间板弯曲度是由所有持续荷载引起的，而直接弯曲是由发生在钢柱墙=1/2英寸上层楼板与相应的下层楼板联接之后的静荷载引起的，反之亦然。在安装的时候弯曲度间隙应该是3/4英寸加上或是减去结构公差1/4英寸。这就导致了在安装时的最小可能间隙1/2英寸是足够适应上述的板弯曲度的，这是假定下面的不弯曲的情况下。相反地，如果下面的板弯曲1/2英寸，而上面的板不弯曲，那么最大可能间隙

47、是3/4英寸+1/4英寸+1/2英寸=1-1/2英寸。看图1-11。弯曲间隙是指混凝土锚固的过梁和内部顶导轨之间的清晰间距。最大的总间隙是1-1/2英寸+3/16英寸。（注意楔类型扩展锚固在这个应用中并不实际，因为固件暴露的部分与弯曲间隙之间妨碍得他多了。）假定最小的接合是3/4英寸，那么外部顶导轨的腿就一定是1-11/16英寸+3/4英寸=2-7/16英寸。在计算中使用的1-11/16英寸最大总间隙决定了外部顶导轨的厚度。小结：公差 =±1/4英寸弯曲度=1/2英寸混凝土螺丝锚固过梁=3/16英寸总安装间隙=公差+弯曲度+螺丝过梁 =1/4英寸+1/2英寸+3/16英寸=15/16

48、英寸总最大间隙=总安装间隙+公差+弯曲度 =15/16英寸+1/4英寸+1/2英寸=1-11/16英寸假定外部顶导轨的一个脚承载由内部顶端从柱扩散开来的集中反作用力。在附录E中回顾了这个假设，将内部顶导轨在弹性的地基（也就是说外部顶导轨）上作为梁来分析。图1-12显示了外部顶导轨显眼脚的悬臂设计假设。检查要求的导轨厚度。备注1-61.外部顶导轨使用了一个弹性部分模具定尺寸。如果使用了塑胶部分模具Z=（1/4）bt2，容许力矩Mall可以提高50%。需要剩下的50%强度来抵消内部顶导轨均一地加载在外部顶导轨上这一假设带来的错误。看附录E。2.一些制造商出售用Fy=33ksi的材料做的外部顶导轨，

49、这个材料可以相应地增加要求厚度。使用附录D中列出的公式检查外部顶导轨的水平运动。代入上面的公式得出：.备注1-7：1. 外部导轨的弯曲度局部可能高一点。看附录D和E。2. 可以预见顶导轨详图处有水平运动，并且为建筑细节做说明。使用的外部顶导轨厚0.0713英寸，脚长度为2-7/16英寸。备注1-8在这个设计示例中覆盖物用来支撑柱对抗不经过剪力中心的扭力部分荷载以及对抗横向不稳定性的影响。这些覆盖力被转移到顶部和底部导轨，在那里覆盖力累积一直到导轨被连接到最初的结构上。注意在图1-13中，内部导轨并不与外部导轨相连接，而且支撑力的转移需要特殊的详图。在图2-18中显示了一个选择就是将最后的柱固定

50、到剪力墙或是柱上。可供选择地，外部导轨和内部导轨也可以被连接（螺丝或是焊接）在一起，与剪力墙或是柱相近，那边板弯曲度和/或是柱轴向缩减的累积效果不会发生。图3-17的详图A（或是一些变化）是另一个可能的选择。内部顶导轨的等距固件也可以用来对抗变形，以及在墙的平面上对抗地震力和建筑弊端。步骤8-连接设计构件选择是基于一个假设，这个假设是内部和外部墙覆盖物为不经过建立中心的荷载和横向不稳定性提供足够的扭力限制。假定覆盖物起到支撑的作用，很多连接详图没有要求的力来对抗，因此那些连接就更多地基于行业实践而不是结构设计了。这些详图包括桥节和柱到顶部与底部导轨的连接。另外的连接详图需要工程学。步骤8（a）

51、剪刀撑与制造商推荐相一致的间隙剪刀撑。间隙最大值5英尺-0英寸中心间距是普遍的并被应用于此。因此，对于13英尺到0英寸的跨度，在第三点处需要两排剪刀撑。使用150U50-54连续的过冲孔轨道，每根柱上带有1-1/2英寸×1-1/2×0.0566英寸×5-1/2英寸的长扣角钢。使用2-10号自钻螺丝连接剪刀撑轨道和扣角钢以及扣角钢和柱。螺丝在扣角钢的位置可以由制造商提供的预先钻的孔决定。看图2-12。步骤8（b）柱到底导轨连接使用10号自钻螺丝和薄断面过梁来连接柱和导轨（边对边）。步骤8（c）柱到顶导轨连接图1-13显示了使用自钻螺丝连接柱和顶导轨的详图。备注1-9

52、1. 在焊接结构中，长脚的内顶导轨可以以传统的导轨代替。焊接并不妨碍滑动连接。2. 不要在所示的10-16号自钻螺丝的线上安装干墙：否则，滑动连接的性能就被破坏了。步骤8（d） 组合旁柱互接美国钢铁学会规范并没有规定导轨和旁柱构件的连接要求。实地经验显示中心线距离24英寸的连接间隙是足够的。图1-14显示了细节。步骤8（e）组合窗过梁互接图1-15显示的连接要求与组合旁柱类似。这些固件要求同样也适用于图1-5B中的组合窗过梁。步骤8（f） 底槛导轨到旁柱连接图1-16显示了螺丝底槛导轨到旁柱连接的细节。备注1-101. 螺丝抢间隙的最小尺寸因制造商螺丝抢的不同而不同。一般来说，最小5/8英寸就足够了。2. 选择角钢1厚度大于连接构件但是小于0.056英寸。拇指规则意在控制角钢连接处的变形。3. 一般来说，从薄点的材料到厚点的材料安装自钻螺丝是个不错的实践。这个连接详图是规则的一个例外。4. 设计角钢作为底槛导轨悬臂的延伸，使得其与旁柱形成一个销连接。因此所有