幾字型檁條在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

董有順，童林浪，陳林

（長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 前言

鋼結(jié)構(gòu)廠房的應(yīng)用越來越廣泛，業(yè)主在追求廠房實(shí)用功能的前提下也逐步關(guān)注到建筑的外觀效果，造型各異的立面設(shè)計(jì)也隨之出現(xiàn)。市面上各類型的巖棉板、聚氨酯板和各種橫掛的單板也應(yīng)運(yùn)而生，墻面豎向檁條的應(yīng)用也必不可少，但是在常規(guī)豎向檁條的應(yīng)用過程中，豎向檁條在每道橫向主檁位置斷開，基本采用C薄壁型鋼與橫向主檁焊接或者采用角碼通過螺栓與橫向主檁連接。

豎向檁條與橫向主檁焊接會(huì)導(dǎo)致熱浸鋅鍍層被破壞，同時(shí)墻檁均為薄壁型鋼，焊接質(zhì)量無法得到保證。如果采用角碼通過螺栓與橫向主檁連接，螺栓頭會(huì)影響到后道工序泛水板的平整度，從而影響到整個(gè)項(xiàng)目的建筑外觀。以上兩種連接方式都會(huì)存在施工效率低下、施工費(fèi)用較高的問題。

鑒于上述問題，本文探討并開發(fā)了一種新型的豎向幾字型豎向檁條，從設(shè)計(jì)、加工和安裝等角度論證其在鋼結(jié)構(gòu)墻梁的應(yīng)用的可實(shí)施性，從解決常規(guī)檁條安裝中存在的問題。

1 工程概況

某工程位于安徽省安慶市，單層廠房建筑，總建筑面積約為16932m2，廠房跨度為72m，長度162m。檐口高度15.6m，女兒墻頂18.5m，圍護(hù)墻體處0.3m標(biāo)高以下采用磚墻，上部為鋼結(jié)構(gòu)，墻面為雙層彩鋼板加保溫棉（HV-310+50mm保溫棉+HV-225），屋面為雙層彩鋼板加保溫棉（HV-470+100mm保溫棉+HV-225），屋面坡度5%，設(shè)置有順坡氣樓及采光帶。結(jié)構(gòu)形式為單脊雙坡門式剛架，局部二層，屋面采用Z型檁條，墻梁采用豎向幾字檁條和橫向C型檁條構(gòu)成。結(jié)構(gòu)使用年限50年，安全等級為二級，重要性系數(shù)為r0=1.0，抗震設(shè)防烈度7。，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場地類別為I類。恒載按實(shí)際取值，活載計(jì)算剛架時(shí)取0.30kN/m2，計(jì)算檁條取0.50kN/m2，雪荷載:0.40kN/m2（100年）；基本風(fēng)壓0.4kN/m2，地面粗糙度為B類。

圖1 廠房結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 墻面豎向檁條布置圖

2 檁條設(shè)計(jì)對比

豎向檁條的布置原則一般考慮墻面板承載力、變形、窗戶以及門洞等因素，間距一般不超過2m，截面尺寸滿足計(jì)算和墻面板安裝要求，墻面豎向檁條布置如圖2所示。一般部位幾字型檁條部位截面高度H不宜小于40mm，特別是板與板接頭處，截面高度H不宜小于100mm。幾字檁條布置在主檁條外邊緣，而C型次檁條布置在橫向主檁條內(nèi)，由于開口幾字檁條并無現(xiàn)成的計(jì)算軟件，因此將從材料、荷載等多方面作介紹，最后對常規(guī)C型檁條和幾字型檁條作對比分析。

2.1 材料參數(shù)

圖3 C型檁條與橫向墻梁連接節(jié)點(diǎn)

圖4 幾字型檁條與橫向墻梁連接節(jié)點(diǎn)

材料一般根據(jù)需要選擇為Q235B、Q345B鋼材，但對于屬于冷彎薄壁型鋼其強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)《冷彎薄壁型鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50018-2002）[1]抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=205MPa。

2.2 荷載取值

恒載主要為墻面板重量、檁條自身重量；風(fēng)壓取50年一遇基本風(fēng)壓0.4kN/m2，其余無。

一般情況下，對于輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB51022-2015）[ii]第 4.2.1 條公式計(jì)算，即式（1）。因此風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值在確定風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)實(shí)際情況選擇正確的規(guī)范和公式。

式中：ωk——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

ω0—基本風(fēng)壓，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）[3]的規(guī)定值乘以1.05采用；

μz—風(fēng)荷載高度變化系數(shù)；μw—風(fēng)荷載系數(shù)，考慮內(nèi)、外風(fēng)壓最大值的組合；β—系數(shù)，計(jì)算主剛架時(shí)取β＝1.1；計(jì)算檁條、墻梁、屋面板和墻面板及其連接時(shí)，取β＝1.5；

2.3 荷載組合

考慮到風(fēng)荷載的性質(zhì)，應(yīng)由以下幾種組合。

組合類型 表1

2.4 計(jì)算方法

墻面豎向檁條布置如圖2所示，考慮安裝等條件，實(shí)際上要是適當(dāng)布置墻面斜拉條和直拉條，圖中僅示意豎向檁條和橫向主檁條的相對關(guān)系。根據(jù)檁條的實(shí)際情況，對檁條作合理簡化。幾字檁條布置在對幾字檁條簡化為5跨連續(xù)梁考慮，并考慮軸力的影響。對C型次檁條按照簡支梁考慮，并適當(dāng)考慮軸力的影響。

圖5 風(fēng)壓力作用下荷載簡圖

圖6 風(fēng)吸力作用下荷載簡圖

圖7 軸向力作用下荷載簡圖

對于幾字型檁條應(yīng)按照壓彎構(gòu)件來計(jì)算其強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及其剛度。

2.5 計(jì)算結(jié)果

由于豎向C型檁條在橫檁處斷開，簡化為單跨簡支檁條，僅將計(jì)算結(jié)果列出。檁條材質(zhì)為Q345B。

計(jì)算結(jié)果 表2

幾HxBxCxT表示如圖所示，其中T為截面厚度。

圖8 幾字型檁條截面形式

圖9 C型檁條截面形式

通過計(jì)算表明，幾字檁條應(yīng)力比、撓度均較大，但仍滿足規(guī)范要求。C型豎檁應(yīng)力比、撓度均較小，但是考慮加工安裝等因素，一般截面高度不小于120。綜合考慮幾字檁條在材料利用率、力學(xué)性能方面均較優(yōu)。

3 安裝效率比較

在安裝效率方面，C型豎檁采用角碼與橫向檁條連接，安裝節(jié)點(diǎn)（見圖3）相對比較復(fù)雜，調(diào)平校直較慢，安裝效率較低，而采用幾字型檁條節(jié)點(diǎn)（見圖4）較為簡單，多跨連續(xù)安裝。對于此工程如采用C型豎向檁條根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需13d左右。當(dāng)采用豎向幾字檁條僅需7d，安裝效率亦提高約一半。

圖10 幾字檁條現(xiàn)場安裝

圖11 墻面板安裝完畢

幾字型檁條現(xiàn)場安裝過程和墻面板安裝結(jié)束后的實(shí)景圖分別如圖10和圖11。

4 經(jīng)濟(jì)性比較

通過對C型豎向檁條和幾字型檁條的用鋼量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如采用普通C型豎檁條用鋼量達(dá)到23.47t，而在采用開口幾字型豎檁時(shí)用鋼量僅有9.22t，減少用鋼量60.73%；造價(jià)亦節(jié)省6.66萬元。

圖12 豎向檁條用鋼量比較

圖13 豎向檁條造價(jià)比較

5 結(jié)語

本文詳細(xì)介紹和分析了幾字型檁條的設(shè)計(jì)、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)、安裝以及經(jīng)濟(jì)性。幾字型檁條可以采用連續(xù)多跨設(shè)計(jì)，其截面相對可以較小，可以降低用鋼量，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。此外幾字型檁條安裝方便快捷，施工效率高，與主檁條采用自攻釘連接，施工質(zhì)量能得到保障。因此幾字型檁條在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1]GB 50018-2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 51022-2015，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].