钢结构厂房屋面檩条系统的设计分析

钢结构厂房屋面檩条系统的设计分析摘要：目前钢结构工业厂房普遍应用于有色金属加工制造行业的各种车间厂房，在工程的实际应用中，钢结构厂房以其跨度大、自重轻、易安装、施工周期短、抗震性能良好等综合优势，迅速取代了钢筋混凝土结构厂房。因此，本文通过对钢结构工业厂房屋面檩条设计过程中荷载参数取值的分析，阐述檩条设计荷载参数在不同工程条件下应如何取值，探讨屋面檩条设计过程中易忽略的问题，为以后的设计工作提供一些可供参考的经验。关键词：钢结构；工业厂房；屋面檩条；荷载参数1屋面檩条截面形式分类及特点檩条是有檩屋盖体系结构中的主要构件，因其使用覆盖面积较大，用钢量也很大，因此，在设计中应注意合理选型与布置，屋面檩条的常用截面形式有实腹式和桁架式两种。1.1实腹式檩条实腹式檩条包括普通型钢和冷弯薄壁型钢两种。截面形式包括以下几种。1.1.1热轧工字钢、槽钢檩条。1.1.2高频焊接轻型H型钢檩条1.1.3冷弯薄壁卷边槽钢（C形）檩条1.1.4冷弯薄壁卷边Z形钢檩条1.2桁架式檩条桁架式檩条分为平面桁架式及空间桁架式两大类。1.2.1平面桁架式檩条1.2.2空间桁架式檩条2檩条荷载2.1恒荷载屋面围护材料自重、支撑自重，檩条自重。2.2活荷载屋面均布活荷载一般取0.5KN/m2，雪荷载和积灰荷载及风荷载按《建筑结构荷载规范》（2006年版）中规定或者当地资料取用。檩距小于1m的檩条，当雪荷载（或活荷载）小于0.5KN/m2时，尚应验算有F=1.0KN集中活荷载作用于檩条跨中时的构件强度，此时不再考虑均布活荷载（或雪载），对实腹式檩条，可将集中荷载按2X1.0al（KN/m2）换算为等效均布荷载，a为檩条水平投影间距（m），L为檩条跨度（m）。2.3荷载组合荷载组合按恒荷载+活荷载（取雪荷载和屋面均布活荷载两者中较大值）考虑，风荷载较大时，应验算在风吸力作用下，恒荷载+风荷载组合下檩条下翼缘受弯失稳情况，此时恒荷载的分项系数取1.0。荷载组合时应注意。均布活荷载与雪荷载不同时考虑，取其大者；积灰荷载与雪荷载和均布活荷载之间较大值同时考虑；。.施工或检修集中荷载不与雪荷载和均布活荷载之间的大者同时考虑；雪荷载和积灰荷载应按《建筑结构荷载规范》（2006年版）中规定，根据屋面实际情况考虑不均匀分布的增大系数；当计算屋面边缘构件时，按《建筑结构荷载规范》（2006年版）中规定考虑局部风压体型系数，对于负压区的屋面周边和屋面坡度大于10度的屋脊部位（既：房屋宽度的0.1和房屋平均高度的0.4之间的小者，并且不小于1.5m的作用范围）取-2.2，当围护构件的从属面积大于或等于10m2时，局部风压体型系数可乘以0.8的折减系数，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数可按面积的对数线性插值取用。3屋面檩条荷载计算本文仅对目前应用最为广泛的实腹式冷弯薄壁卷边Z形屋面钢檩条的计算进行分析。3.1内力分析将屋面荷载折算为沿檩条长度分布的均布荷载q，并按檩条形心主轴分解得到沿两个主轴作用的线荷载的分量qx=qcosa；qy=qcosa（a为屋面坡度），求出两个主平面内的弯矩Mx=PyL2/10；My=PyL2/103.2强度及稳定性验算屋面能阻止檩条侧向失稳时，可不计算檩条的整体稳定性，仅对强度进行验算，对冷弯薄壁型钢檩条，强度验算公式如下：Mx/Wnx+My/Wny寸Mx、My一刚度最大主平面和刚度最小主平面的弯矩，当不设拉条或者跨中设一根拉条时，采用檩条跨中弯矩；当设两根拉条时，如Px>3.5Py，采用檩条跨中弯矩；如Px<3.5Py，采用1/3跨处的弯矩；Wnx、Wny一对主轴x、y的有效净截面模量；f一钢材的强度设计值3.3变形计算檩条挠度按规范要求，容许挠度为[v]=L/200,L为檩条跨度，Z形檩条的挠度按式Vy=5*Pk*COSa*L4/384EIx1<[v]，a一屋面坡角；1x1—平行于屋面轴x1的毛截面惯性矩。3.4计算实例本文介绍6m实腹式冷弯薄壁型钢Z形檩条。3.4.1设计资料及说明檩条材料采用Q235钢，屋面采用压型钢板，坡度i=1/3，檩条跨度6m，檩条间距1.56m，3.4.2荷载标准值分项系数设计值/KN*m-2/KN*m-2TOC\o"1-5"\h\z压型钢板0.101.20.12檩条及支撑自重0.101.20.12雪荷载0.501.40.70合计0.750.94因为考虑雪荷载的不均与分布系数，因此雪荷载取0.35X1.4=0.5KN/m2。3.4.3荷载及内力计算檩条截面选用Z160X70X20X2.5An=7.98cm2Ix=319.13cm4Wx1=52.35cm3Wx2=38.23cm3Sin（0-a）=0.0929，cos（0-a）=0.9957Wy1=10.53cm3Wy2=10.86cm3均布荷载q=0.94X1.56=1.47KN/m檩条在刚度最大平面内的弯矩：Mx=qL2cos（0-a）/8=1.47X6X6X0.9957/8=6.59KN*m檩条在刚度最小平面内的弯矩：My=qL2sin（0-a）/32=1.47X6X6X0.0929/32=0.154KN*m2）强度计算不考虑檩条开孔的影响，采用毛截面抵抗矩。=Mx/Wx1-My/Wy1=6590X10/1.0X52.35X10-154X10/1.0X10.53X10=125.9-14.6=111.3N/mm2<f=205N/mm2=Mx/Wx2+My/Wy2=6590X10/1.0X38.23X10+154X10/1.0X10.86X10=172.4+14.2=186.6N/mm2<f=205N/mm2有效截面的校核：上翼缘为非均匀受压的一边支撑、一边卷边a=omax-omin/omax=186.6-111.3/186.6=0.4允许宽厚比b/t=100V</omax，实际上翼缘采用b/t=70/2.5=28<29.3，故上翼缘承载力计算可以；下翼缘受拉亦为板材全截面有效。腹板为非均匀受压两边支承板件o3=-o1=-111.3N/mm2（拉）a=omax-omin/omax=2.0,腹板高厚比b/t=160/2.5=64，腹板全截面有效。3）挠度计算Qkcosa=0.7X1.56X0.9957=1.087KN/m；u/L=5QkcosaL3/384EIx=5X1.087X6000/384X206X10319.13X10=1/215<1/200ffl度满足要求。4）长细比计算Z160X70X20X2.5檩条，ix=6.85cm，iy=2.01cm。=Lox/ix=600/6.85=88<200=Loy/iy=300/2.01=149<200以上是檩条计算过程，其中需要注意