浅谈屋面连续檩条在工程中的应用

浅谈屋面连续檩条在工程中的应用

关键词: 斜卷边；Z 型；连续屋面檩条

一、前言

金属建筑系统中屋面和墙面檩条是重要的结构构件，采用斜边Z型钢连续檩条比简支檩条最大弯矩可减少15%~20%，且变形大大减少。可以获得较好的经济效益。但在国家标准图集中尚未有连续檩条的方案，对于采用搭接连接能否有效地传递弯矩还存在问题。下面针对这一问题进行分析。

二、连续檩条的构造、内力和挠度及控制截面的分析

对于钢构企业来讲，轻钢结构的设计应充分考虑其制作工艺，安装技术方面的问题，要使工程质量好成本又低，主要在于做好技术标准化。连续檩条最适宜的构造方式是按每跨单独制作，通过标准化的嵌套搭接方式构成连续檩条可使得现场安装极为简单方便。显然，在最常用的C形和Z形檩条中，选择Z形檩条更容易达到目的，在连续檩条中，为了方便嵌套搭接，使Z形檩条的上、下翼缘宽度不等，其不等宽度之差以5mm左右为宜，安装时每隔一跨将其檩条转动1800使较窄翼缘转到上面，即可方便地得到嵌套搭接而成的连续檩条。采用这样的构造，设计人员有两个问题需要考虑：一是嵌套搭接的长度以多少为好；二是嵌套搭接的刚度情况如何，在计算内力和挠度时需要以此为依据，不同紧松的嵌套有不同的刚度结果，这只能靠试验来确定。已有的试验表明：嵌套搭接的长度大约是10%的跨度较为适宜，搭接太短，形成连续檩条的刚度条件太弱，搭接太长，则增加的效果不明显，造成浪费。

对于嵌套搭接的连续檩条内力应如何计算？既然檩条是不等宽翼缘嵌套搭接，螺栓连接孔又是椭圆孔，孔径大于螺栓很多，因此在外荷载作用下，嵌套搭接必会有松动滑移，达不到理想的连续梁模式，在支座区的嵌套搭接刚度折减，也就是在理想的连续檩条计算模式下，需要考虑支座处有一定的弯矩释放，根据试验，这个弯矩释放量大约在10%~15%的范围。在计算挠度时，也不能按理想连系梁模式考虑，其挠度的增大量应靠试验来确定。

连续檩条的弯矩分布图如下图所示，其控制截面的弯矩如图中M1~M9，其中M2、M4、M6、M8是搭接末端处的弯矩值，随搭接长度而定。在支座处嵌套搭接双层檩条具有双倍的强度，跨中是单檩条强度。优化设计应当是使M2 M1，M4 M5 M6，M8 M9……端跨的弯矩大于内部跨的弯矩，因此图中的搭接长度应当是B>A C,弯矩值的控制截面将是M1、M3、M7、M9等。如果考虑到支座弯矩释放转移至跨中，而支座处为双倍强度条件，则计算控制的截面仅为M1和M9（或内跨某跨中弯矩）两个截面，内力计算变得简单明了，在设计中仅加强端跨檩条，其余内跨檩条取完全相同的规格。在考虑了支座弯矩释放之后，令B>0.125L（L为跨长），A=C=0.05L可满足前面的计算规格。在计算连续檩条的挠度时，应考虑嵌套搭接的松动带来的挠度增加，这个增加量由试验测定。

三、连续檩条的嵌套搭接

嵌套搭接连续檩条可以由跨中截面按单檩条计算其承载力，端跨因其跨中内力特别大，需加强该跨檩条，又因在第2个支座处的弯矩特别大，为满足第2跨的搭接端头弯矩不大于第2跨的跨中弯矩，需端跨檩条在第2跨的搭接长度延伸加长，即上图中的搭接段B宜大于内跨标准搭接段C的2.5倍，搭接段A与C 可相等，这样构造之后可得标准化得檩条，内跨的檩条设计主要是针对跨中截面计算承载力。对于这座处，需验算搭接端头的螺栓抗剪能力。螺栓受剪：，M 为支座处檩条弯矩，注意到（考虑支座弯矩因嵌套松动，释放10%），，则有，设计值约为6~10kN，通长情况下，每端头采用两个M12的普通螺栓可满足承载力的要求。

2003年出版的《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构）中规定，连续檩条的搭接长度不宜小于下图所示数值：

连续檩条搭接长度

四、结论：

1.斜卷边Z型檩条采用连续搭接承担荷载。采用均匀连续梁模型设计檩条是可行的。与简支檩条相比可以大大减少用钢量，达到较好的经济效益。

2.在所做过的大多数项目中，建筑的屋面板采用的大多数是扣合式屋面板，屋面板不能阻止檩条的侧向失稳和达不到侧向支撑的作用。因此，在屋面檩条计算中，要考虑檩条截面的合理性，需要在构造中考虑拉条对檩条的稳定作用，笔者认为，在拉条设置上应采取双层拉条的设置。

3.对于连接节点，笔者认为连续檩条的搭接长度在任何时候都不宜小于0.1L，多跨檩条中，端跨应向第二跨再延伸0.15L时都能满足要求。通长情况下，每端头采用两个M12的普通螺栓可满足承载力的要求。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看