《轻型房屋钢结构技术规程》条文说明

1《轻型房屋钢结构技术规程》条文说明（讨论稿）第六章单层房屋钢结构6．1一般规定6.1.1本章所述门式刚架包括单层单跨的矩形刚架和山形门式刚架以及单层多跨的矩形刚架和单脊双坡的山形门式刚架。当房屋宽度太大，建筑要求的坡度较小，而由于材料供应的原因，屋面板的波型及波高不能满足排水要求时，亦可采用由多个双坡门式刚架组成的多跨刚架，但一般不推荐采用高低跨的形式。本章所述排架主要指屋架两端与钢柱铰接或刚接的排架结构。6.1.2由于格构式构件加工费时，而且实腹式单跨门式刚架的最大跨度国际上已做到150m，再者实腹式构件具有制作、运输和安装方便的优点，变截面刚架适应弯矩变化，节省用料。因此宜优先采用变截面实腹式门式刚架。6.1.3考虑吊车振动力和刹车力对屋盖构件连接的影响，以及刚架用钢量，门式刚架轻型房屋钢结构中的吊车起重量宜予限制。悬挂吊车起重量不宜大于3t，中、轻级工作制软钩桥式吊车起重量不宜大于20t，且不宜采用重级工作制硬钩吊车。当有桥式吊车时，刚架柱的最大弯矩不一定在柱顶处，而且对刚架侧移有较高要求，因此宜采用等截面柱，且柱脚宜设计成刚接。6.1.4根据目前国内材料供应情况，檩条壁厚不宜小于1.5mm。6．2屋面压型钢板设计本节内容基本上采用现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的相关内容，并考虑了我国近十年来的工程经验。6．3檩条设计6.3.1对于压型钢板等轻质屋面，国内建筑市场普遍采用冷弯薄壁型钢檩条，带来了很好的经济指标。有一些钢结构公司已开始采用带斜卷边的冷弯薄壁Z形檩条，采用这种截面形式，檩条可在支座处迭接形成连续檩条，经济指标更好，有条件时宜优先采用。冷弯薄壁型钢檩条的侧向刚度和抗扭刚度都较差，为防止檩条发生侧向弯曲和扭转，檩条跨度＞4m时，应在檩间设置直径不小于φ10的拉条，拉条应有可靠的不动支点，对于正压作用，拉条宜固定在离檩条上翼缘1/3腹板高度处。当风荷载使实腹式檩条下翼缘受压时，拉条宜设置在离檩条下翼缘不大于1/3腹板2高度处，安装时檩间宜采用活动的临时木撑，以保证檩条的整体稳定；或设置拉杆或撑杆防止上下翼缘扭转。6．4轻型墙体结构设计6.4.1墙梁截面型式的选择，需综合考虑建筑要求、墙体材料构造要求以及计算要求。6.4.6一般认为，单侧设置墙板的墙梁在靠近挂板一侧设有拉条时，可视为能阻止墙梁扭转，此时可不计算双力矩。6．5屋架设计6.5.1屋面坡度的选定除与屋面材料防水性能有关外，尚与其搭接方式、檩距、檩条跨度等多种因素确定的整体防水性能有关，同时尚应考虑技术上的可靠性与经济性。6.5.2屋架杆件采用冷弯薄壁闭口型钢（如圆管、方管、矩形管等）时，由于有较好的截面特性，杆件刚度较大，且连接节点采用无节点板的连接方式，因而能获得较好的经济指标。6.5.8对于有节点板的连接节点，考虑到节点板受力极为复杂，其厚度可按来源于工程经验的表6.5.8-1选用。6．6门式刚架设计6.6.1实践表明，采用单脊双坡或单坡屋面有利于屋面排水，在雨雪较多地区宜采用这些形式。对屋面坡度小于1：20的房屋应校核结构受力变形后雨水排泄的能力。校核时应考虑安装误差、支座沉降、构件挠度和起拱的影响。6.6.2门式刚架的跨度或边柱高度分别超过36m、12.5m时，采用门式刚架必然是较好的选择。但此时面板的蒙皮效应、檩条或墙梁的线刚度以及柱脚嵌固度相对于刚架构件的线刚度就显得较弱,因此除应加强支撑系统以及对刚架构件的面处约束之外，本规程6.6.6条第3款对刚架柱计算长度系数的调整以及关于刚架的位移限值都必须根据概念判断，从严考虑。刚架间距在9m以内，通常采用冷弯薄壁型钢檩条，超过9m时，宜采用高频焊H型钢或轻钢桁架作檩条。考虑门式刚架轻型房屋的围护结构常采用压型钢板，其伸缩缝间距比现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ17有所放宽。结构柱网布置应满足使用要求，并考虑发展的可能性。当考虑扩建时，扩建端宜设门式刚架。设计柱间支撑时不必考虑温度应力。6.6.3板件最大宽厚比和屈曲后强度的利用。1．工字形截面的翼缘不利用屈曲后强度，故其外伸宽厚比限值为315yf。工字形截面的腹板可利用屈曲后强度，腹板宽厚比限值按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBJ18取250yf。在具体设计中应按制造厂的技术条件采用适当的宽厚比，通常，柱腹板的宽厚比宜较梁腹板宽厚比略小些。2．工字形截面考虑屈曲后强度的抗剪承载力计算方法很多。本条采用的是一种简化方法。其计算简便，计算结果属于下限。计算公式是参照欧洲规范EC3-ENV-1993拟定的，略加修改而得。参数wλ具有换算高厚比性质，公式（6.6.3-5）来源于crτvyfwλ，vyf为剪切屈服强度，即yfvyf,crτ为弹性临界剪应力。考虑到门式刚架构件截面的高宽比较小，且剪力最大处往往弯矩亦最大，因而在计算crτ时不考虑翼缘对腹板的约束，因此取约束系数X=1而不是1.23。3.工字形截面考虑屈曲后强度的抗弯承载力和压弯承载力，由有效宽度法计算。参数ρλ的计算公式（6.5.5.5-1）来自erρpσfλ，具有换算高厚比性质，ρ的计算公式参考了欧洲规范的规定，但考虑到门式刚架构件以承受变矩为主，压力相对较小，故将腹板全部有效范围适当放宽。6.6.4刚架构件强度计算和加劲肋设置其中给出了当工字形截面兼承M、V和兼承M、N、V时考虑屈曲后强度的相关公式。建立公式原则是：当剪力V大于0.5Vd时，腹板所能承担的弯矩应乘以折减系数dV.。6.6.5变截面柱在刚架平面内的稳定计算参照美国标准AISC《钢结构房屋荷载和抗力系数设计规范》（1993）的规定，楔形柱的稳定计算仍采用等截面压弯构件的相关公式，但作了一些必要的变动。在美国的标准中未区分弯矩作用平面内和平面外的稳定，不能直接应用。考虑到截面不发展塑性，本条中采用GBJ17-88的相关公式（6.5.7-1）。6.6.6刚架的失稳有无侧移失稳和有侧移失稳之分，而有侧移失稳一般具有最小的临界力，而门式刚架通常在刚架平面内没有侧向支撑，因此在确定刚架柱在刚架平面内的计算高度时，只考虑有侧移失稳的情况。1．表6.6.6-1适用于梁、柱均为等截面的情况，表6.6.6-2适用于等截面梁、4楔形柱的情况，这两张表是按柱顶对称竖向荷载作用下用位移法计算的。当刚架梁上作用有节间荷载时，刚架梁将有轴压力，从而降低其对刚架柱的约束作用，刚架柱的计算长度系数将增大，当刚架梁的坡度≤1：2时，由此而使刚架柱计算应力的增大一般不足5%，对于目前工程上常用的坡度（1：10—1：30），其增加量将少于2%，可以不考虑。2．上述查表法仅适用于手算，不便于计算机应用，本款给出便于计算机应用的第二种方法：刚架有侧移失稳起因于柱轴力使刚架的抗侧移刚度下降，当荷载达到临界值时，抗侧移刚度完全消失，刚架不再能保持稳定。抗侧移刚度随荷载增大而逐渐降低和侧倾力矩ΔN直接有关。设由于水平荷载或施工误差而使柱顶有初始侧移OΔ（图C6.6.6.a），当在两柱顶施加竖向荷载N时，侧倾力矩ONΔ使侧移增大为Δ（图C6.6.6.b）。力矩效应可化作柱顶水平力HNOΔ，并设刚架抗侧移刚度为K=HxNΔ（图C6.6.6.c），K相当于在柱顶产生单位侧移的水平力，则柱顶侧移增加：图C6.6.65OOKHNKHNΔΔΔ新增加的侧移Δ又再产生新的侧移OKHNKHNΔΔΔ如此继续下去直至OnnKHNΔΔ收敛为止。此时柱顶总侧移为：OOnnoKHNKHNKHNΔΔΛΛΔΛΛΔΔΔΔ当N趋近于临界值KHNcr时，Δ，刚架失去保持稳定平衡的能力，由于计算水平力HNOΔ产生的侧移时，没有考虑竖向压力降低柱子抗弯刚度的效应（N-δ效应），需要引入修正系数，根据国内外的研究结果，此修正系数可取1.2,这样临界荷载应为：.KHNcr对于单跨对称刚架两柱承受相同荷载时，则有.KHNcr相应的柱计算长度系数为KHEIKHEIπμ.对于楔形柱，式中I应取大头的惯性矩I1，此即为公式（6.6.6.2）。3．对于平板式柱脚，并不能做到理想铰或固端的要求，例如（图6.6.12-3a，b）其计算简图通常假设为理想铰支，即没有转动约束，事实上受力变形后，柱脚底板显然不能自由转动，而有一定转动约束，根据国内外的研究结果按上述算6得的刚架柱计算长度系数可乘以修正系数0.8；而对于（图6.6.12-3c.d）其计算简图通常假设为固端，即有完全的转动约束，柱脚受力变形后转角为零，事实上由于锚栓受拉伸长，底板与基础混凝土间的不均匀压缩以及基础本身受力后的转动，柱脚处转角并不为零，因此按上述方法算得的刚架柱计算长度系数可乘以修正系数1.2。6.6.7多跨刚架的中间柱多采用摇摆柱，此时，摇摆柱自身的稳定性依赖于刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱中的轴力将起促进刚架失稳的作用，因此，边柱的计算长度系数按6.6.6的规定计算时，应乘以放大系数。而摇摆柱的计算长度系数应取1.0。多跨刚架的中间柱为非摇摆柱时，6.6.6所述同样适用，由：.KHNcr当各柱轴力不等时，则有：令:iEiiiicriμNHμEIπN则有iiiEiiHNKNNμ.6.6.8在刚架平面外，实腹式梁和柱的计算长度，应取侧向支承点间的距离。作为侧向支承点的檩条、墙梁必须与水平支撑、柱间支撑或其它刚性杆件相连，否则，一般不能作为侧向支承点。但当屋面板、墙面板采用压型钢板、夹芯板等板材，而板与檩条、墙梁有可靠连接时，檩条、墙梁可以作为侧向支承点。当梁（或柱）两翼缘的侧向支承点间的距离不等时，为安全起见，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。6.6.10变截面柱在刚架平面外的稳定计算1．变截面柱平面外稳定的相关公式（6.6.10-1）仍按GBJ18规范以有效截面特性为准，不过对弯矩项增加了等效弯矩系数tβ，tβ的取值参照美国AISC（1993）规范，略有改变。iiicriNHKNN.72．弯矩项的整体稳定系数byφ引进了两个与楔率有关的计算长度系数sμ和wμ，二者分别对应于绕Y轴（截面弱轴）和绕Z轴（杆件纵轴）屈曲。这两个系数的计算公式取自美国AISC（1993）规范。6.6.11斜梁和隅撑的设计1．当屋面坡度较小时，例如小于或等于1：2.5时，刚架斜梁可按GBJ18的规定在刚架平面内按压弯构件计算其强度。2．当刚架梁承受负弯矩时，其下翼缘受压。为阻止刚架梁侧向失稳，采用成对布置的隅撑是较合适的方案，与隅撑相邻檩条应考虑隅撑传来的力的作用。3．本条是参照欧洲统一标准EC3—ENV—1993的规定加以简化和改写后拟定的。6.6.12节点设计由于螺栓主要是受拉而不是受剪，其作用方向与端板垂直，美国金属房屋制造商协会（MBMA）规定螺栓最大间距取为600mm，本条结合我国情况，取为400mm，比GBJ17略有放松。对于高强螺栓抗剪连接中的接触面抗滑移系数，在只承受轴力和弯矩的连接中可不要求，此时接触面宜涂防锈漆。本条在端板分析中考虑出现塑性铰。本条给出了常用的柱脚构造做法：为了保证柱脚底板的标高及其水平位置，在底板与基础面之间不宜采用垫块的做法，图6.6.12-13给出的采用后浇不收缩混凝土的构造做法，实践证明是可行的，也是较好的。外露式铰接柱脚的锚栓，当有较大风荷载作用时，柱脚的压力较小，能产生的摩擦力亦不大，为了抵抗风载在柱脚处产生的水平反力，一般以设置抗剪键为宜。6.7吊车梁在轻型房屋钢结构中，吊车起重量较小，一般以采用实腹式吊车梁为宜。焊接吊车梁的翼缘以采用一层钢板为宜。吊车梁承受吊车荷载的反复作用，容易产生疲劳裂缝，因此在设计和制作中应尽可能减少吊车梁及其部件在吊车荷载作用下的应力集中，尽可能减少吊车梁受拉区的焊接残余应力。6．8支撑体系6.8.4门式刚架轻型房屋的支撑体系1．刚架梁的支撑体系由横向支撑和纵向水平系杆组成，其主要作