轻型钢结构讲义3

设计屋面板和檩条时，还应考虑另一可变荷载，即施 工或检修集中荷载（人和小工具的重力），其标准值为 1kN，作用于压型钢板跨中。 有时还需考虑偶然荷载，如地震作用、爆炸或其它意 外荷载。 设计或选用屋面压型钢板时，应根据具体情况计入相 应荷载进行荷载效应组合，主要考虑下列荷载组合： ① 永久荷载设计值+可变荷载设计值； 其中屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，积灰荷载 应与均布活荷载或雪荷载中的较大值同时考虑。 组合时还要考虑是由永久荷载效应起控制作用还是由 可变荷载效应起控制作用而采用不同的永久荷载分项系数。 因施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外 19 的其他荷载同时考虑，故需考虑：
② 永久荷载设计值+施工或检修集中荷载设计值； 当风荷载较大时，应验算在风吸力作用下，永久荷载 与风荷载组合引起截面应力变号的情况： ③ 永久荷载设计值+风吸力荷载设计值。 此时，永久荷载的荷载分项系数取1.0。 屋面和墙面的不同部位风荷载体形系数不同，详见 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。 另外应考虑在屋面天沟、阴角、天窗挡风板内和高低 跨连接处的雪荷载和积灰荷载的增大系数或不均匀分布系 数，详见《建筑结构荷载规范》 。 内力分析时，把檩条视为压型钢板的支座，压型钢板 的强度可取一个波距或整块压型钢板的有效截面，按受弯 20 构件计算：
3. 压型钢板 压型钢板是采用镀锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板等作 原料，经辊压冷弯成各种波形的压型板； 它具有轻质高强、美观耐用、施工简便、抗震防火的 特点，它的加工和安装已经达到标准化、工厂化、装配化。 目前国内可生产几十种截面规格的压型钢板，截面都 呈波形，从2波到6波，板宽从550到930mm。 压型钢板的重量为0.10～0.18 kN/m2，分长尺和短尺 两种。一般长尺板的纵向可不搭接，适用于平坡的屋面。 我国目前已编制了国家标准《建筑压型钢板》和行业 标准《压型金属板设计施工规程》，同时已被《冷弯薄壁 型钢结构技术规范》（GB50018—2002）正式列为指定的 5 材料。
4. 夹芯板 夹芯板是上下两层为压型钢板，中间为保温材料的双 层金属板。 金属板和中间的保温材料（通常为苯板）采用胶接。 但此种板存在呼吸现象，即随着日出日落的温度变化，金 属板与保温层之间会逐渐脱离，导致受力性能大大降低。 5. 加气混凝土屋面板 板自重0.75～1.0 kN/m2，是一种承重、保温和构造合 一的轻质多孔板材；以水泥（或粉煤灰、矿渣、砂）和铝 粉为原料，经磨细、配料、浇注、切割并蒸压养护而成。 具有自重轻、保温效能高，吸声好等优点。 因系机械化工厂生产，板的尺寸准确，表面平整，一 般可直接在板上铺设卷材防水，施工方便，目前国外多以 6 这种板材作为屋面和墙体材料。
y
中间加劲肋：Iis ≥ 3.66 t
4
2 bs ) - 27100 ( fy t
≥18 t 4 17 且： Iis
式中：Ies ：边加劲肋截面对其自身平行于被加劲板件 截面之重心轴的惯性距； Iis ：中间加劲肋截面对其自身平行于被加劲板 件截面之重心轴的惯性距； bs ：子板件的宽度； b ：边加劲板件的宽度； t ：板件的厚度。 3-2.3 压型钢板的计算 压型钢板作屋面时，当采用单层构造时，永久荷载仅 为压型钢板的自重；当为双层板构造时，作用在下层压型 钢板上的永久荷载除其自重外，还包括夹在两层压型钢板 间的保温材料的重量。 压型钢板屋面所承受的可变荷载有屋面均布活荷载、 18 雪荷载、积灰荷载和风荷载。
岩棉夹芯板
7
加气混凝土屋面板
8
6. 发泡水泥复合板（太空板） 这是由钢边框或预应力混凝土边框、钢筋桁架、发泡 水泥芯材、上下水泥面层（含玻纤网）复合而成，集承 重、保温、轻质、隔热、隔声、耐火、耐久等优良性能于 一身的新型建筑板材 。 该板已编制成国家建筑标准图02－ZG710，是轻钢建 筑中具有发展前途的一种屋面和墙体材料。 3-1.2 屋面建筑构造 1. 屋面坡度 屋面坡度与所采用的瓦型有关。 坡度太大，瓦材容易下滑，屋面瓦材应与檩条有较好 的连接；坡度太小、屋面易渗漏，应做好屋面防水处理。 对于常用各种屋面瓦材较合理的屋面坡度，详见下 9 表，设计时可酌情选用。
彩色镀锌钢板是目前工程实践中采用最多的一种板， 彩色镀铝锌钢板结合了锌的抗腐蚀性好的特点和铝的延展 性好的特点，抗腐蚀能力更强，但价格稍贵。 压型钢板的截面形式（板型）较多，下图给出了几种 压型钢板的截面形式。
（a） （d） （b） （e）
（c）
（f）
图（a）、（b）是早期的压型钢板板型，截面形式较 为简单，板和檩条、墙梁的连接采用钩头螺栓、自攻螺钉 和拉铆钉。 当作屋面板时，因板需要开孔，所以防水问题难以解 14 决，目前应用较少。
纤维水泥波形瓦
3
纤维水泥瓦的材性存在着脆性大、易开裂破损、吸水 后产生收缩龟裂和挠曲变形等缺陷。 2. 加筋纤维水泥中波瓦 这种屋面瓦自重0.20kN/m2 ，是继过去试制的加筋小 波瓦发展起来的新品种。 它是利用短纤维水泥加一层 φ1.4×15×15mm 钢丝网 （2kg/ m2）制成的，比一般纤维水泥瓦大大提高了抗折强 度，改变了受荷破坏时骤然脆断的现象，也减少了运输安 装过程中的损耗率。 它的最大支点距离可达1.5m，比不加筋纤维水泥瓦增 大近一倍，但在工程中总的用钢量并没有增加，而且适用 于高温和振动较大的车间。 这是一种有发展前途的瓦材，目前成本仍稍高。 4
发泡水泥复合板（太空板）
10
常用的屋面材料和坡度 序号 屋面材料 坡 度 标 志 檩 距（m）
1
2
纤维水泥小波瓦
纤维水泥中波瓦
1/3～1/2.5
1/3～1/2.5
0.75
0.75，1.3（加筋）
3
4 5
纤维水泥大波瓦
瓦楞铁 压型钢板
1/3～1/2.5
1/6～1/3 1/6～1/4（短尺） 1/20～1/10（长尺）
因此，在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以 有效截面为准。 如图所示，两纵边均与腹板相连，或一纵边与腹板相 bs bs bs b 子板件 连、另一纵边与中间加劲 肋相邻的受压翼缘，可按 θ 中间加劲肋 h 边加劲肋 b1 加劲板件确定其有效宽厚 比；有一纵边与边加劲肋相邻的受压翼缘，可按部分加劲 板件确定其有效宽厚比。 中间加劲肋和边加劲肋要起到加劲肋的作用就必须具 有一定的刚度。 2 b 27100 4 ≥9 t4 Ies 1.83 t ( ) 边加劲肋： 且： Ies f t
式中 σ ：按有效截面算得的最大弯曲应力； Mmax ：按荷载设计值算得的最大弯矩； We ：有效截面抵抗矩； f ：钢材抗弯强度设计值。 压型钢板腹板的剪应力应符合下列公式的要求： 当h / t <100时： 8550 τ ≤τ c r (a) 2
(h t )
σ M max f We
当h / t≥100时：
τ ≤f
v
τ ≤τ c r
式中 τ ：腹板的平均剪应力（N/mm2）； τcr ：腹板的剪切屈曲临界剪应力； h /t ：腹板的高度比。
855000 (h t ) 2
(b)
21
压型钢板施工期间，可能出现较大的支座反力或集中 荷载，由于压型钢板的腹板厚度较薄，在局部集中荷载作 用下，可能出现一种称之为压跛的现象。 腹板压跛涉及因素较多，很难用理论精确分析。 在大量试验的基础上，得到验算腹板局部受压承载力 的公式： R R W α t 2 f E ( 0.5 0.02 lc t ) 2.4 (θ 90) 2 Rw 式中 R ：支座反力； Rw ：一块腹板的局部受压承载力设计值； ：系数，中间支座 ＝0.12，端部支座 ＝0.06； t ：腹板厚度（mm）； lc ：支座处的支承长度，10mm< lc<200mm， 端部支座可取 lc＝10mm； 22 θ ：腹板倾角（45°≤θ ≤90°）
1.3
0.75 按计算
6
7 8
钢丝网水泥波形瓦
加气混凝土屋面板 发泡水泥复合板
1/3
1/12～1/8 1/8～1/20
1.5
3～4.5（或无檩）
2. 瓦（板）的固定和连接 各种瓦与檩条的固定和连接应使构件受力良好，避免 11 应力集中，造成瓦（板）材开裂。
3. 防水构造中应注意的问题 屋瓦面是通过各种搭接形式达到防水目的的，因此它 们搭接的构造是防水的关键。一般瓦屋面中容易漏水的部 位在瓦材接缝、天沟、山墙、天窗侧壁及通风屋脊等处。 4. 自防水构件的表面涂层 一般钢筋混凝土和钢丝网水泥构件，在制作和使用过 程中有时会产生干缩裂缝、温度裂缝或碳化、风化等现 象，影响防水和使用寿命。为了提高它们的防水性和耐久 性，有必要对瓦面涂以一定厚度的各种涂料。 5. 屋面采光和通风 一般轻型钢屋架，单跨时多利用房屋侧窗采光，多跨 时可采用一般玻璃或钢丝玻璃的平天窗，通风采用一般的 人工通风或工艺布置上加以改善即能满足使用要求。 12
式中： Vu ：腹板的抗剪承载力设计值，
Vu = ( h t • sin θ ) τ c r
τcr 按公式（a）、（b）计算。 在压型钢板的一个波距上作用集中荷载 F 时，可按下 式将集中荷载 F 折算成沿板宽方向的均布线荷载 q re ，并 23 按 q re 进行单个波距或整块压型钢板有效截面的弯曲计算。
第
三
章
轻型屋面构件
1
§3.1 轻型屋面的构造形式 3-1.1 屋面材料 轻型钢结构的屋面材料，宜采用轻质高强、耐热、防 火、保温和隔热性能好、构造简单、施工方便、并能工业 化生产的建筑材料。 常用的屋面材料有纤维水泥波形瓦、 加筋纤维水泥 中波瓦、 压型钢板、 夹芯板、 加气混凝土屋面板、 发泡 水泥复合板（太空板）、塑料瓦、瓦楞铁、黏土瓦、钢丝 网水泥波形瓦、预应力混凝土槽瓦等轻型屋面材料。 1. 纤维水泥波形瓦 此种屋面瓦自重0.20kN/m2，在国内属于广泛采用的 传统性材料。 具有自重轻、美观、施工简便等特点；除适用于工业 2 和民用建筑的屋面材料外，还可以做墙体围护材料。
6. 轻型屋面的保温和隔热 上述各种屋面材料中，除加气混凝土板、太空板和夹 芯板外，其余的瓦材都不具有保温和隔热性能。 在房屋中为了解决屋面的保温和隔热问题，常常会导 致构造复杂、施工困难及加大屋盖自重。 §3-2 压型钢板的计算 3-2.1 压型钢板的材料和截面形式 压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢及Z形钢都属 于冷弯薄壁构件。 压型钢板的原板按表面处理方法可分为镀锌钢板、彩 色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板三种，其中镀锌钢板主要用 于组合楼板，彩色镀锌钢板和彩色镀铝锌钢板则多用于屋 13 面和墙面上。
波高越高，截面抗弯刚度就越大，承载能力就越大。 压型钢板原板材料的选择可根据建筑功能、使用条件、 使用年限和结构形式等因素综合考虑。 压型钢板基材的材料有Q215钢和Q235钢，当由挠度 控制截面时，可以选用Q215钢。 压型钢板的基材厚度通常为0.4～1.6mm，原板的长度 不限，应优先选用卷板。 选用压型钢板时，应根据荷载及使用情况选用已有的 定型产品。 3-2.1 压型钢板的有效宽度 压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢及Z形钢都属 于冷弯薄壁构件，这类构件允许板件受压屈曲并利用其屈 16 曲后强度。
图（c）、（d）为带加劲的板型，增加了板的截面刚 度，用作墙板时加劲产生的竖向线条可增加墙板的美感。 图（e）、（f）是近年来用在屋面上的板型，其特点 是板和板、板与檩条的连接通过支架咬合在一起，板无需 开口，从而有效地解决了屋面防水、渗漏问题。 压型钢板板型的表示方法为YX波高－波距－有效覆 盖宽度，如 YX75－200－600 即表示波高为75mm，波距 为200 mm，板的有效覆盖宽度为600mm的压型钢板，板 的厚度需另外注明。 压型钢板的截面根据其波形可分为： 高波板：波高大于70mm，多用作屋面板； 中波板：波高50～70mm，多用Байду номын сангаас楼面板及中小跨度 的屋面板； 15 低波板：波高小于50mm，多用作墙面板。


压型钢板同时承受弯矩M和支座反力R的截面，应满 足下列要求：
M Mu ≤1.0 R R w ≤1.0
M Mu + R R w ≤1.25 式中：M u ：截面的弯曲承载力设计值， Mu = We f 压型钢板同时承受弯矩M和剪力V的截面，应满足下 列要求：
(M Mu ) 2 + (V Vu ) 2 ≤1