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Muse Process围护结构

 

9 屋盖系统

9.1 一般规定

9.1.1 目前用于冷弯薄壁型钢结构体系的屋面承重结构主要分为桁架和斜梁两种形式。桁架体系以承受轴力为主,斜梁以承受弯矩为主。

9.1.3 当腹杆较长时,侧向支撑可以有效减少腹杆在桁架平面外的计算长度。交叉支撑能够保证腹杆体系的整体性,有利于保持屋架的整体稳定。

9.2 设计规定

9.2.2 本条中力学简化模型与实际屋架的构造完全相符。实际工程中弦杆为一根连续的构件,而腹杆则通过螺钉与弦杆相连。弦杆按本规程第6.1.5条压弯构件的相关规定进行承载力和整体稳定计算,腹杆按本规程第6.1.2条和6.1.3条轴心受力构件的相关规定进行计算。

9.2.3 冷弯薄壁型钢结构屋面与其他类型屋面不同之处在于上弦杆会铺设结构用定向刨花板(OSB)等结构面板,它对上弦杆件上翼缘受压失稳时有较强的约束作用。计算长度取螺钉间距的2倍是考虑到在打螺钉过程中,有可能出现单个螺钉失效的情况,为了保证弦杆稳定计算的可靠度,取2倍螺钉间距。

9.2.4 腹杆通常都按轴压或轴拉构件计算,不考虑偏心距的影响。对于薄壁构件存在整体稳定和局部稳定相关性的问题,计算和试验表明,当腹杆与弦杆背靠背连接时,面外偏心距的存在会降低腹杆承载力10%~15%左右,因此该偏心距应该在计算中考虑。

9.3 屋架节点构造

9.3.1 试验表明,当屋脊附近作用有集中荷载时,如果屋脊节点刚度较弱,节点的破坏会先于构件的失稳破坏。因此要根据荷载的情况,来选择相应的屋脊节点形式。图9.3.1中,(a)适用于屋脊处无集中荷载的情况,(c)适用于屋脊处有集中荷载的情况,(b)节点刚度介于两者之间。

9.3.2 水平加劲的存在能够增加下弦杆的抗扭刚度,防止腹杆传给弦杆的荷载较大时导致弦杆在连接部位的扭转屈曲破坏。考虑到仅在外伸切角范围内设置螺钉时,外伸板件存在失稳的可能,因此规定腹杆端部卷边连线以内应设置不少于2个螺钉。

9.3.5 条形连接件可以抵抗向上的风吸力和地震作用产生的上拔力,以增强墙体和屋面体系的整体性,防止在飓风和强震作用下,屋面与墙体相分离。

8 墙体结构

8.1 一般规定

8.1.1 低层冷弯薄壁型钢房屋建筑的墙体,是由冷弯薄壁型钢骨架、墙体结构面板、填充保温材料等通过螺钉连接组合而成的复合体,为方便设计计算,根据墙体在建筑中所处位置、受力状态划分为外墙、内墙、承重墙、抗剪墙和非承重墙等几类。

8.1.2 抗拔连接件(抗拔锚栓、抗拔钢带等)是连接抗剪墙体与基础以及上下抗剪墙体并传递水平荷载的重要部件,因此,抗剪墙体的抗拔连接件设置必须要保证房屋结构整体传递水平荷载的可靠性。对仅承受竖向荷载的承重墙单元,一般可不设抗拔件。足尺墙体试验和振动台试验表明,抗拔连接件对保证结构整体抗倾覆能力具有重要作用,设计及安装必须对此予以充分重视。

 

8.2 墙体设计计算

8.2.1 对本条说明如下:
    1 承重墙体的墙体面板、支撑和墙体立柱通过螺钉连接形成共同受力的组合体,墙体立柱不仅承受由屋盖桁架和楼面梁等传来的竖向荷载N,同时还承受垂直于墙面传来的风荷载引起的弯矩Mx,其受力形式为压弯构件。
        1)当两侧有墙体结构面板时,由于墙面板对立柱的约束作用较强,根据国内多家单位的试验研究结果,立柱一般不会发生整体扭转失稳和畸变屈曲。根据西安建筑科技大学、长安大学、北新房屋有限公司、博思格钢铁(中国)等单位对Q235级和Q345级钢材C89×44.5×12×1.2~0.9、C140×44.5×12×1.2~0.9、C140×41×14×1.6和LQ550级高强度钢材的C75×40×8×0.75、C102×51×12×1.0墙体立柱的试验和有限元研究结果,μy均很小,并考虑到试验研究试件的截面尺寸基本包括了常用规格,故本条建议可不计算绕Y轴的弯曲失稳。
    绕X轴(墙面外)的弯曲失稳,在所有试验中均未发生此种破坏,故由于缺乏试验和理论研究资料,确定μx时无直接依据。根据无墙板但中间有一道支撑(刚性撑杆、双侧拉条)时μx=0.65~0.8,本条凭经验建议取:μx=0.4。
        2)当仅有一侧墙体结构面板时,单侧墙体面板和另一侧拉条或支撑对立柱的约束相对较弱,故本条建议对墙体立柱除承载力计算外,还应进行整体稳定性计算。综合西安建筑科技大学、长安大学等单位对C89×44.5×12×1.2~0.9和C140×44.5×12×1.2~0.9立柱的试验研究和有限元分析结果,考虑单面墙板对立柱约束不如双面板约束可靠等多种不利因素,建议偏安全地取计算长度系数μx=μy=μw=0.65。
        3)当两侧无墙体结构面板时,根据同济大学对Q235级和Q345级钢材C89×41×13×1.0和C140×41×13×1.2墙体立柱的试验研究结果,墙体立柱绕截面主轴弯曲屈曲的计算长度系数μx、μy和弯扭屈曲的计算长度系数μw分别在0.5~0.8之间,考虑到试验研究试件的截面尺寸基本包括了常用规格,并参照国外相关研究,故本条建议统一取μx=μy=μw=0.8。
    当两侧无墙面板但中间至少有一道支撑(刚性撑杆、双侧拉条)时,参照同济大学、西安建筑科技大学和长安大学等单位的试验研究,建议取μx=μw=0.8,μy=0.5。
    计算承重内墙立柱时,宜考虑室内房间气压差对垂直于墙面的作用,室内房间气压差参照澳大利亚规范可取0.2kN/m2
    2 对墙体面板连接螺钉之间的立柱段,当轴力较大时可能发生绕截面弱轴的失稳,需按轴心受压杆验算其稳定性,同时考虑到可能发生因施工等原因导致某一螺钉连接失效,计算时立柱的计算长度取l0y=2s,即2倍的连接螺钉间距。

8.2.2 对非承重外墙体,横向风荷载可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的风荷载取用;对非承重内墙体,横向风荷载可取室内房间气压差,室内房间气压差参照澳大利亚规范可取0.2kN/m2

8.2.3 抗剪墙体单元为一对抗拔连接件之间的墙体段,在水平荷载作用下抗拔连接件处将产生由倾覆力矩引起的向上拉拔力和向下的压力,并在相同位置拼合立柱(设置抗拔件的立柱应为2个或2个以上单根立柱的拼合柱)上、下层间传递,故计算与抗拔连接件相连接的拼合立柱时应考虑由倾覆力矩引起的向上拉拔力和向下压力N的影响。

8.2.4 抗剪墙体的受剪承载力通常由1:1的墙体模型试验确定。一般情况下,水平荷载作用时的受剪承载力可由单调水平加载试验结果确定。由单调加载试验的荷载-位移(P-Δ)曲线的屈服点确定其屈服承载力Py作为标准值,并考虑相应的抗力分项系数即可得到相应的承载力设计值。由于抗剪墙体的多样性和试验数据的有限性,目前无法采用统计和回归方法得到抗力分项系数。有鉴于此,本条依据西安建筑科技大学、长安大学、北新房屋有限公司、博思格钢铁(中国)等单位的试验研究结果,参考美国和日本规范容许应力法的安全系数,采用“等安全系数”原理,反算出按我国概率极限状态设计法“等效抗力分项系数(水平风荷载为=1.25)。以美国规为例,容许应力法(ASD)的设计表达式有:

    式中:k——安全系数,风荷载时k=2.0;
          Pnom——墙体的“名义抗剪强度”,抗风时按静载试验结果取值,美国规范的“名义抗剪强度”或标准强度相当于试验中试件的最大荷载值Pmax。若以单调水平加载试验的屈服承载力Py作为抗力标准值及Rk,最大荷载值Pmax代替美国规范的“名义抗剪强度”Pnom,则等效我国规范抗力分项系数为:

    式中:γs——按我国规范取荷载平均分项系数,考虑轻钢住宅活荷载比重大,抗风时近似取1.35。
    表8.2.4中的数据就是按上述原则,根据相关试验数据经过处理而来。
    表8.2.4注3中“当组合墙体的宽度大于450mm而小于900mm时,表中受剪承载力设计值乘以0.5”借鉴了日本的相关技术资料。
    表8.2.4注5中“单片抗剪墙体的最大计算长度不宜超过6m”是根据墙体构造第8.3.5条第3款中“抗拔锚栓的间距不宜大于6m”的规定确定。
    对开有洞口的抗剪墙体,洞口对组合墙体受剪承载力的影响目前国内的研究不足,本条借鉴美、日等国的相关技术资料给出。

    波纹钢板的构造要求见第5.2.4条条文说明。

8.3 构造要求

8.3.1 墙体连接处立柱布置,满足钉板要求。

8.3.2 墙体顶导梁进行受力分析计算时,除了考虑施工活荷载外,若墙体骨架的立柱、楼面梁、屋架间距相同且其竖向轴线在同一平面(或轴线偏心不大于20mm)时,则可认为顶导梁不承受屋架或楼面梁传来的荷载,否则需按上部屋架、椽子或楼面梁传来的荷载对顶导梁进行相应的承载力和刚度验算。
    底导梁可不计算屋面、楼面和墙面等传来的荷载,但应具有足够的承载力和刚度,以保证墙体与基础或下部结构连接的可靠性。

8.3.3 承重墙体门、窗洞口上方设置过梁主要是为了承受洞口上方屋架或楼面梁传来的荷载。
    实腹式过梁常用箱形、工字形和L形等截面形式:箱形过梁可由两根冷弯卷边槽钢面对面拼合而成,工字形过梁可由两根冷弯卷边槽钢背靠背拼合而成,L形截面过梁由冷弯L型钢组成,可以单根,也可以两根拼合;当过梁下部设置短立柱时,短立柱可采用冷弯卷边槽钢,和门、窗框用自钻螺钉连接。
    箱形截面、工字形截面过梁与顶导梁采用螺钉连接,双排布置,纵向间距不应大于300mm。过梁型钢的壁厚不宜小于柱的壁厚,过梁端部与洞口边立柱采用螺钉进行连接,过梁端部的支承长度不宜小于40mm。L形截面过梁的角钢短肢和顶导梁可采用间距不大于300mm的螺钉连接,长肢与主柱和短立柱应采用螺钉连接。
    当过梁的跨度、上部荷载较大时可采用冷弯型钢桁架式过梁。

8.3.4 当选用结构面板蒙皮支撑时,结构面板与立柱通过螺钉连成整体;在施工阶段,当未安装结构面板时,宜对墙体骨架设置临时附加支撑。
    当选用钢带拉条设置柔性交叉支撑时,两个交叉钢带拉条可布置在墙体立柱的同一侧,也可分别布置在墙体立柱的两侧。

8.3.5 地脚螺栓宜布置在底导梁截面中线上。抗拔锚栓通常应与抗拔连接件组合使用。抗剪墙与抗拔锚栓组合使用时,为了充分发挥抗剪墙的抗剪效应,抗拔锚栓的间距不宜大于6m,且抗拔锚栓距墙角或墙端部的最大距离不宜大于300mm。

8.3.6 抗剪墙与上部楼盖、墙体的连接采用条形连接件或抗拔螺栓是为了能够保证可靠地承受和传递水平剪力及抗拔力。
    抗剪墙的顶导梁与上部楼盖应可靠连接,以确保传递上部结构传下来的水平力。

8.3.7 低层冷弯薄壁型钢房屋的墙体系由多种材料、多种构件拼装而成,其细部构造形式各国也有差异,且随时间的推移不断出现新的材料和构造做法,考虑到我国应用该种体系时间不长,本节给出的墙体构造与连接规定,在构造合理、传力明确,安全可靠地承受和传递荷载,并满足相应计算要求的基础上,主要借鉴和参考美国、日本等国家的相关规范和技术资料制定了各条规定。

 

7 楼盖系统

7.1 一般规定

7.1.1 本节关于楼盖的构造主要参考美国钢铁协会(AISI)低层住宅描述性设计中冷弯型钢骨架标准的有关规定制定。图4为示意图,具体设计时,在安全可靠的前提下,可以采用其他的连接节点形式。


图4 楼盖系统
1-悬臂梁;2-腹板开洞加劲;3-槽钢边梁;4-墙架;5-楼面结构板;6-梁支座加劲件;7-连续梁;8-洞口过梁;9-下翼缘连续带支撑;10-刚性支撑;11-梁搭接;12-交叉支撑

    当房屋设计有地下室或半地下室,或者底层架空设置时,相应的一层地面承力系统也称为楼盖系统,图4描述的是支承在混凝土基础/墙体上的钢楼盖的构件组成。根据设计,楼盖有多种支承形式,但楼盖的构造形式基本相同。
    楼盖系统由冷弯薄壁槽形构件、卷边槽形构件、楼面结构板和支撑、拉条、加劲件所组成,构件与构件之间宜用螺钉可靠连接。考虑到实际的需要,楼面梁也可采用冷弯薄壁矩形钢管、桁架或其他型钢构件,以及其他连接形式,并按有关的现行国家标准设计。

7.1.2 结构面板或顶棚面板与楼面梁通过螺钉按构造要求连接时,可为梁提供可靠的侧向支撑。在正常使用条件下,梁不会产生平面外失稳现象,因此不需验算梁的整体稳定性。这是本规程推荐使用的基本构造方式。
    对于多跨梁,在中间支承处,由于存在较大的负弯矩和剪力作用,应按弯剪组合作用验算相应截面。
    在构造上,对于楼面梁腹板开孔有限制。开孔离开支承点一定距离,开孔对应的剪力相对较小,当楼面梁跨度较大时,需要验算相应截面受剪承载力。

7.1.3 楼面结构面板,包括吊顶板,对减小楼面梁的挠度有正面作用。考虑到结构面板为多块拼接,连接方式为小直径螺钉,且板之间有间隙,一般无法准确地定量确定组合作用的大小。因此计算挠度时,不考虑组合作用。