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    浅谈轻型钢结构斜卷边Z型连续屋面檩条的应用.pdf

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    浅谈轻型钢结构斜卷边Z型连续屋面檩条的应用.pdf

    179建筑工程浅谈轻型钢结构斜卷边Z 型连续屋面檩条的应用文⊙ 欧阳晶 (中机十院国际工程有限公司 摘要 通过对实际工程案例进行分析,论述了关于轻型钢结构屋面采用斜卷边 Z型连续屋面檩条设计时应该注意的问题,可供设计人员做设计参考。关键词 斜卷边 ; Z 型 ; 连续屋面檩条案例简介 该工程为位于天津某开发区的一个物流库工程。 库房外围轴线尺寸 180m 84m , 其柱网为 12m (柱距) 28m (跨距, 共三跨), 库房室内净高 9.00m , 屋面轻钢屋面内天沟有组织排水, 屋面坡度为5 %, 双坡, 单面坡长 42m 。 根据甲方要求,建筑造型将女儿墙做成 2.7m 高以遮住屋脊。 檩条设计时由于柱距 12m 过大, 笔者当时设计考虑到经济性, 采用了 Q345B 斜卷边 Z 型冷弯型钢连续檩条, 檩距 1m , 具体数据如下 檩距 1m 边跨 11.4m 中间跨 12m设置拉条数 4 根 拉条约束上翼缘材质 Q345B 屋面倾角 2.86 度屋面采用轻钢板 (无吊顶)考虑屋面板能阻止檩条上翼缘受压侧向失稳屋面恒载考虑到挂件吊载取 0.5kN/m 2 ,屋面活载取 0.5kN/m 2 , 雪荷载取 0.35kN/m 2 , 风压 高度变化系数μ z 1.140 ; 基本风压 W0k N/m2 0.575 kN/m 2 ; 边跨檩条作用风载体型系数μ s1 -1.400 ; 中间跨檩条作用风载 体型系数μ s2 -1.150 ;边跨檩条截面 斜卷边 Z 形薄壁型钢XZ 250 75 20 2.5中间跨檩条截面 斜卷边 Z 形薄壁型钢 XZ 250 75 20 2.0以上数据通过 STS 工具箱程序计算,檩条的强度和刚度均为安全通过。然而该项目在实际建设过程中, 屋面檩条系统出现了一系列的问题 在安装屋面板时, 现场人员发现 Z 型连续檩条大多发生扭曲现象, 变形幅度较大, 站在地坪上已经能肉眼看出连续檩条形成的一定幅度的扭曲线 ; 当时设计人员立即要求现场进行重新张拉檩条间的拉条, 变形现象得以有一定的缓解 ; 临竣工验收前期, 屋面板已经安装完毕, 时逢天津地区下了一场罕见的大雪, 据天津方面气像局的资料, 当次降雪量已达 35mm 左右 ; 雪后该工程屋面梁已经有较大挠度变形, 屋面檩条系统也出现了不同程度的破坏, 角部区域檩条已经变形失效, 其他部位檩条变形也十分严重。案例分析 为什么在 STS 工具箱程序验算都通过的情况下, Z 型屋面檩条却在建设过程中以及受到雪荷载时仍然出现了如此大的变形甚至失效破坏呢笔者认为原因是多方面, 主要原因有以下两个 1 、 Z 型连续檩条在建设过程中出现的扭曲现象是由 Z 型檩条自身截面形式造成的。 Z 型连续檩条尽管制作安装相对复杂,但因其在计算模型上采用多跨连续简支梁模型, 承载力得到大大的提高, 可减少用钢量, 故日益被更多的使用。 然而由于 Z型檩条的自身截面特性, 导致其截面主轴倾角远大于普通屋面坡度, 因此在重力作用下, Z 型檩条具有向屋脊方向倾覆的趋势, 见图一所示。图一由图一可得, Z 型檩条的倾覆力矩M = P cos φ a P sin φ h/2 (式一) ,设 M0 , 可得 2a/htg φ, 因 a/b1/2,故欲使倾覆力矩为零, 则 tg φ= b/h 。该工程檩条 b/h = 75/2500.3, 而 tgφ= 0.05,b/h 远大于 tg φ , 其向屋脊方向倾覆趋势很大, 加之檩条跨度为 12 米, 跨度大, 檩条为冷弯薄壁钢材, 自身抗扭刚度小, 所以出现在施工过程中檩条就已经发生一定量的扭曲变形现象就可以理解了。2 、 该工程在安装屋面板后, 出现了大雪天气, 据天津方面气候局资料, 当次降雪量已达 35mm 左右。 根据雪的的容重(荷载规范 条文说明 6.1.2 华北地区雪平均密度取 130kg/m 2 ) 可得 35mm 雪荷载折算后为 0.455kN/m 2 , 已经超出雪荷载设计值 0.35kN/m 2 , 从而大部分檩条已经超出弹性应力范围, 进入弹塑性范围, 发生了较大的变形。 在角部区域, 该工程女儿墙高达 2.7 米, 风雪过后, 风把一部分屋面的雪吹到了角部处堆积, 现场报告当时角部区最高积雪达 1.8 米高, 其折算后的荷载高达 2.7kN/m2 , 远远超出了雪荷载设计值, 致使堆积厚雪的角部区域的屋面檩条破坏严重, 出现结构变形失效。综合以上分析的原因, 可以得到以下结论 1 、 Z 型连续檩条具有很好的经济性,但使用时应引起重视, 由 (式一) 可得, 当M0 时, tg φ= 0.3, 此时屋面坡度为 30 %,这大大的超出常用坡度 5 %- 10 %, 故采用 Z 型檩条总存在着向屋脊方向倾覆力矩。 所以在采用 Z 型连续檩条时, 必须采用一定的措施来解决这个倾覆问题。 可以将一部分的檩条口朝下坡相邻 2 ~ 3 个檩距布置 (图二), 利用屋面板连接件与檩条的传力 (屋面下滑力), 但这种方法不能用于具有温度滑移性能的屋面板系统, 这时只能加强斜拉条 . 拉条和撑杆系统来解决倾覆问题了, 拉条系统应设置靠近檩条上翼缘处, 最好做成双层平行拉条系统。图二2 、 很多设计师考虑风荷载对屋面檩条影响比较多, 而往往忽视雪荷载对屋面檩条的影响。 设有女儿墙的屋面应该参考荷载规范 表 6.2.1 中第 8 项选用, 考虑女儿墙后 2h 范围内的雪荷载不均匀分布系数 2.0 ( h 为女儿墙高), 同时还要参考表 6.2.1 第 2 项, 考虑雪荷载不均匀分布系数 1.25 。 所以笔者认为在进行檩条设计时, 北方地区雪荷载应按规范基本雪压值 1.25 后采用。3 、 由于 Z 型连续檩条的不利因素, 大于 9m 跨度的屋面檩条可以考虑采用桁架式屋面檩条。结语随着我国经济建设的发展, 轻型钢结构这种结构形式以其独特的优势在工程建设中运用的越来越多, 设计师在做好主体结构的同时, 次要围护结构的设计也应引起足够的重视, 应根据实际情况选择最优化的轻钢屋面檩条设计方案, 从而减小工程事故的发生。参考文献 [1] 门式钢架轻钢结构设计与施工 周学军、柳峰、 王建明、 周继远编著。 山东科学技术出版社,2001 年, 第 116 页第 124 页。

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