浅谈轻型钢结构斜卷边Z型连续屋面檩条的应用.pdf

1 7 9 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 8 4 m ，其柱网为 1 2 m （柱距） 2 8 m （跨 距，共三跨） ，库房室内净高 9 . 0 0 m ，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 4 2 m 。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 Q 3 4 5 B斜 卷边 Z型冷弯型钢连续檩条，檩距 1 m ，具 体数据如下 檩距 1 m 边跨1 1 . 4 m 中间跨 1 2 m 设置拉条数 4根 拉条约束上翼缘 材质Q 3 4 5 B 屋面倾角2 . 8 6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 . 5 k N / m 2， 屋面活载取0 . 5 k N / m 2，雪荷载取0 . 3 5 k N / m 2，风压高度变化系数μ z 1 . 1 4 0 ；基本 风压 W 0 k N / m 2 0 . 5 7 5 k N / m 2；边跨檩 条作用风载体型系数μs 1 - 1 . 4 0 0 ；中间跨 檩条作用风载体型系数μ s 2 - 1 . 1 5 0 ； 边跨檩条截面 斜卷边 Z形薄壁型钢 X Z 2 5 0 7 5 2 0 2 . 5 中间跨檩条截面斜卷边 Z形薄壁型 钢 X Z 2 5 0 7 5 2 0 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 S T S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 c o s φa P s i n φ h / 2 （式一） , 设 M 0 ，可得 2 a / h t gφ，因 a / b 1 / 2 , 故欲使倾覆力矩为零，则 t gφ＝ b / h 。 该工程檩条 b / h ＝ 7 5 / 2 5 0 0 . 3 , 而 t g φ＝ 0 . 0 5 , b / h 远大于 t g φ, 其向屋脊方向 倾覆趋势很大，加之檩条跨度为 1 2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 1 3 0 k g / m 2）可得 3 5 m m雪荷载 折算后为 0 . 4 5 5 k N / m 2，已经超出雪荷载 设计值 0 . 3 5 k N / 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 . 7 k N / m 2 ，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 M 0 时，t g φ＝ 0 . 3 , 此时屋面坡度为 3 0 ％， 这大大的超出常用坡度 5 ％－ 1 0％，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 . 2 5 。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 . 2 5 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， 2 0 0 1 年，第 1 1 6 页第 1 2 4 页。