浅谈门式刚架檩条设计的几点问题

【摘要】门式刚架轻型钢结构房屋（以下简称“门式刚架”）以其轻型、快速、高效的特点，已在我国得到广泛的应用。目前很多本科毕业设计也将门式刚架作为设计选题，在设计的各个环节中，对于檩条的设计常常出现几个方面的问题，现浅谈檩条设计中值得注意的几个内容，供广大设计人员探讨。

【关键词】门式刚架；檩条；稳定性

门式刚架结构坚固耐用、建筑外型新颖美观、质优价宜、经济效益明显，柱网尺寸布置自由灵活、能满足不同气候环境条件下的施工和使用要求的特点，广泛应用在单层工业厂房、超级市场和展览馆、库房以及各种不同类型仓储式工业及民用建筑等，具有广泛的市场应用前景。门式刚架建筑结构设计作为本科毕业设计选题，在进行设计过程中，学生常常在檩条的设计上遇到种种问题，现浅析檩条设计需注意的几个问题。

1 檩条的选用和布置

门式刚架屋盖采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，冷弯薄壁型钢较一般热轧型钢相比，经过了冷弯处理后，材料的屈服强度提高了，板件一般非常薄，最小的有1.5mm，宽厚比较大。

当跨度不超过9m的檩条宜采用卷边槽型（以下简称“C型”）和带斜卷边或带直角卷边（以下简称“Z型”）的冷弯薄壁型钢，当跨度大于9m时，可采用格构式檩条或高频焊H型钢等实腹式檩条。毕业设计中常要求学生考虑选用C型檩条作为屋面檩条来计算，但在毕业实习过程中，同学们发现在实际工程里更多的选用了Z型作为屋面檩条，而选择C型作为墙面檩条。可以从这样几个方面来进行考虑：1、根据节点部位的连接能力，Z型檩条一般是按连续梁来设计，C型檩条是按简支梁设计的，同等柱距下，跨中的最大弯矩前者要小20%左右，采用Z型檩条截面要小，钢板较薄，可以节约钢材，降低造价；2、C型檩条的截面在主轴上不对称，中心轴的位置向腹板处偏心，屋面板的搭接一般不在C型檩条中心轴的位置上，受力状态不好，而Z型檩条主轴倾角多为14°～20°，用作屋面檩条时，屋面荷载作用线与Z型檩条截面主轴方向相当接近，弱轴方向的力分量很小，双力矩对强度的计算影响小。因此，对于坡度较大的屋面檩条适宜于选用Z型檩条；3、Z型檩条作为屋面檩条十分好用，但作用墙面檩条时不能做窗框，所以墙面有窗户的厂房最好屋面采用Z型檩条，墙面选用C型檩条，但考虑到如此一来檩条部分的手算计算量就过大，并且通常选做的门式刚架坡度小于10%，所以屋面和墙面都按C型檩条来选择了。

2 檩条下翼缘的稳定

屋面檩条承受的荷载分为永久荷载和可变荷载两类，在对屋面檩条进行荷载组合时，要考虑以下原则：第一、屋面均布活荷载与雪荷载不应同时考虑，取两者中较大值，然后同积灰荷载进行组合；第二、施工或检修集中荷载应与屋面材料或檩条自重组合，而不应与其他荷载组合；第三、对于平坡屋面（坡度为1/20～1/8），可不考虑风吸力，当风荷载较大时或屋面坡度较大时，还需考虑风吸力作用下檩条的受力情况，且永久荷载分项系数取1.0。

考虑风吸力组合作用，为了防止檩条下翼缘在风吸力情况下失稳，应设置拉条或撑杆。对于Z型檩条，可在其自由翼缘或附近设置拉条，如采用角钢或方管截面撑杆更好；对于C型檩条，因在风吸力情况下，自由翼缘将向屋脊变形，因此应采用角钢或方管截面撑杆，如采用拉条，则应在檐口处设置斜拉条，与檐口檩条在刚架连接处得节点牢固连接。拉条应张紧，当屋面自重大于风吸力时，拉条应设置在离檩条上翼缘1/3腹板高度范围内，当风吸力作用使檩条下翼缘受压时，拉条应设置在离檩条下翼缘1/3腹板高度范围内。通常，在永久荷载、可变荷载作用下，檩条上翼缘受压，且现在常用的屋面板是咬合或暗扣的，不能起到阻止檩条上翼缘失稳的作用，故应在檩条上翼缘附近（1/3处）设置拉条，考虑下翼缘受压时，檩条的下翼缘附近（1/3处）增设拉条，即设双拉条。

考虑风吸力作用下，檩条下翼缘稳定设计的方法有很多，主要有以下4种：1、按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）计算，由于该规范未考虑屋面蒙皮作用，因此计算结果很保守；2、参考BHP、奥多、Strimat公司的檩条设计手册，考虑了屋面蒙皮作用；3、按澳大利亚AS/NZS 4600:1996规范计算，由于本规范在国内无法律效应，很不普及，也难以应用；4、《门式刚架轻型房屋钢结构计算规程》（CECS 102:2002）是按照欧洲规范EC3-ENV1996规定的，也考虑了屋面蒙皮作用，假定为弹性地基的典型模型，又具有法律效应，比较合理。以上4种设计方法进行计算对比，按《门式刚架轻型房屋钢结构计算规程》（CECS 102:2002）计算结果是可以的。

3 檩条拉条设计

檩条截面的抗扭刚度较小，对于荷载作用不通过截面剪力中心而存在的偏心十分敏感。在计算时，必须考虑因荷载作用不通过剪力中心形成的扭转所产生的扭转变形和约束翘曲应力，这一影响在檩条中尤为明显。为了减少檩条在使用和施工期间的侧向变形和扭转，应在檩条跨间设置拉条和撑杆。拉条减小了檩条平面外计算长度，防止平面外扭转和失稳。按规范要求，在靠近屋脊的节间和靠近梁柱连接处得节间设置斜拉条，斜拉条应与刚性檩条连接，有斜拉条的地方，应设置直拉条加套管或撑杆，来保证拉力有效地传递给刚架。

4 结语

门式刚架结构受力简单，传力路径明确，广泛应用在单层工业厂房中。在进行门式刚架结构设计中，除主体刚架外，檩条的设计属于非常重要的一个设计环节，本文对檩条设计中容易出现错误的三个方面进行分析，即檩条的选用和布置、檩条下翼缘的稳定，及檩条拉条的设计。以上仅为设计中的一点体会，愿起到抛砖引玉的作用，把轻型门式刚架结构设计做得更合理。

参考文献：

[1]《钢结构设计规范》GB50017-2003

[2]《门式钢架轻型技术规程》CECS102:2002

[3]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）

[4]舒赣平，王恒华，范圣刚.《轻型钢结构民用与工业建筑设计》[D]. 北京，中国电力出版社，2006

[5]鲁莉，梁发云. 轻钢结构设计中几个常见错误分析[J]. 建筑结构，2004，（7）：21-24.

作者简介:

符媛媛（1983－），女，助教，武汉科技大学硕士研究生，主要从事的研究方向是结构工程。

杨芸（1981－），女，助教。