轻型房屋屋面檩条设计

轻型房屋屋面檩条设计

黎虎

黎虎

上海市政工程设计研究总院集团第六设计院有限公司安徽合肥230000

摘要：轻型房盖系统，檩条设计是最基本也是最重要的环节，本文对檩条设计涉及的各方面进行了全面、细致阐述，旨对设计人员在檩条设计方面有所帮助。

关键词：门式刚架；檩条；拉条；荷载

引言

门式刚架轻型房屋，因其自重轻、跨度大、造价低、施工快捷等优点被广泛运用于工业厂房、仓库等大跨度大空间建筑，与之配套的屋面系统一般为彩钢板轻型钢屋面，屋面承重构件为檩条。檩条主要承受屋面荷载并同时传导荷载至刚架梁。檩条设计应合理，应正确选用截面尺寸、壁厚、材质、受力模型、荷载等。

一、檩条设计依据

轻型房盖房屋的相关现行规范、规程主要有《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》（GB51022-2015）（以下简称《门规》）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）（以下简称《荷规》）、《钢结构设计标准》（GB50017-2017）、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）（2018版）等，设计人员应对这些主要规范的涉及檩条相关各项条款进行解读并掌握。

二、檩条设计原则及计算限值

檩条作为门式刚架轻型房屋的次要构件，其设计使用年限与主体结构一致。一般常规建筑物设计使用年限为50年，也可根据使用需要按规范要求另行确定。檩条的受拉强度应按净截面计算，受压强度应按有效净截面计算，稳定性应按有效截面计算，变形和各种稳定系数均可按毛截面计算。檩条竖向挠度与跨度（L）比限值：对仅支承压型钢板屋面的为L/150，对有吊顶的为L/240。

三、檩条截面选取

门式刚架轻型房屋纵向经济柱网间距一般为6m~9m，檩条的跨度即柱的纵向柱距，檩条的经济跨度一般为5m~8m。常规彩钢板屋面的檩条可设计成单跨简支构件，多选用实腹式直卷边C形冷弯薄壁型钢、斜卷边Z形冷弯薄壁型钢；当荷载重、跨度大、挠度变形限制严格等时，可采用高频焊接H型钢或桁架形式，也可设计成多跨连续构件。连续构件采用套嵌搭接方式组成，多选用斜卷边Z形，搭接处搭接长度应满足一下要求：边搭接支座，搭接长度不小于1/10边跨长度且不小于1.4m，中间支座，搭接长度不小于1/10相邻跨长度且不小于0.7m。

檩条材质一般为Q235B，若檩条受力较大、跨度大，材质可采用Q345B。檩条应选用标准成品构件，便于满足规范对其宽厚比的要求，更便于采购、加工及安装。檩条常规高度（mm）有100、120、140、160、180、220、250、280及300，常规壁厚（mm）为2.0、2.2、2.5、2.8、3.0。设计图纸中应注明“檩条严禁采用负公差材料”，杜绝因材料壁厚不足导致檩条强度不够及失稳。

四、檩条荷载

檩条承受的荷载分为永久荷载和可变荷载两类。永久荷载包括屋面系统（如屋面板、保温棉、钢丝网、内衬板等）、檩条、吊顶、马道、管道、灯具、设备等自重；可变荷载包括风荷载、雪载、施工或检修荷载（集中荷载标准值1.0KN作用在结构最不利位置）等。

五、檩条设计计算

门式刚架轻型房屋属于对风荷载、雪荷载敏感的结构，按《门规》、《荷规》规定，风荷载标准值（ωk=β*μW*μZ*ωo）计算，对应基本风压ωo应取50年一遇，但应乘以风载影响系数β，对于檩条，β=1.50。风压高度变化系数μZ依据高度不同，按《荷载规范》选用，当高度小于10.0米，按10米高度处对应数值采用。风荷载系数μW，考虑内、外风压最大值的组合、建筑物封闭或敞开形式、刚架跨度、跨数、屋面坡度、所处屋面不同分区等因素综合确定，《门规》中均有明确详细规定。

雪荷载标准值（SK=μr*SO），对应基本雪压SO应取100年一遇，屋面积雪分布系数μr依据屋面跨数、坡面形式、坡面角度等因素综合确定，按《门规》要求对应取值。建筑物有高低跨、屋面有女儿墙等有遮挡风雪构件的，应按《门规》要求考虑雪堆积和漂移对屋面檩条的影响。

拉条设置对檩条稳定计算尤为重要，当檩条跨度大于4.0米时，宜在檩条间跨中位置设置拉条及撑杆，当檩条跨度大于6.0米时，宜在檩条间跨度三分点处各设置一道拉条或撑杆。在檐口和屋脊处，应设置斜拉条和刚性撑杆组成的不可变桁架结构体系来控制檩条的侧向不失稳，当屋面单坡过长，大于50米时，宜在中部增加一道桁架体系。一般拉条、斜拉条均采用φ12圆钢，撑杆采用φ12圆钢外套φ25X3.0钢管，拉条均采用螺栓与檩条腹板连接。拉条可设置在距檩条翼缘1/3腹板高度的范围，应根据檩条的整体稳定性计算设置一层或上下两层檩间支撑，一般屋面荷载不大，拉条宜设置在下层，风荷载较大时，宜设置在上层。

当屋面板能控制檩条上翼缘侧向稳定，可阻止其侧向位移和扭转，实腹式檩条可不做整体稳定性计算。在风吸力作用下，当受压下翼缘有内衬板约束且能防止檩条截面扭转，控制檩条下翼缘稳定时，檩条可不做整体稳定性计算。

目前设计院常用的PKPM钢结构设计软件提供屋面檩条计算程序比较全面，便于结构计算、复核，计算时应特别注意拉条位置的选择，这对檩条计算结果影响很大。

六、檩条加工及安装

檩条端部设置安装螺栓孔，一般采用2个M12普通螺栓连接，檩条与钢梁上翼缘采用托板连接，托板设置加劲板，托板开孔与檩条端部孔对应，便于现场安装。檩条安装时应同时安装拉条、撑杆并拉紧、撑紧，但不应将檩条拉弯、拉偏位。檩条吊装时应采取措施防止高空坠落及防止产生永久变形。

七、檩条防腐及防火

檩条宜采用表面热镀锌处理防腐。采用镀锌防腐时，室内檩条表面双面镀锌量不应小于275g/m2，室外檩条表面双面镀锌量不应小于400g/m2。檩条为屋面承重构件，表面应按《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018版）要求涂刷防火涂料，檩条的耐火极限时限应依据建筑耐火等级确定。檩条一般采用超薄型防火涂料。建筑物在后期的使用期间，应对檩条定期检查和维护。

八、同类型檩条

大跨度钢结构建筑如网架结构、桁架结构等，其屋面系统与门式刚架轻型房屋相似，均为轻型钢屋面，以屋面自重、风荷载及雪荷载作用为主控荷载，其檩条设计可参考门式刚架轻型房屋檩条。考虑跨度和支撑点等因素，其檩条多分层设置，分为上部次檩条、下部主檩条，设计时要加以区分。

九、结语

檩条设计应多因素统筹考虑，设计者应设计思路清晰，根据檩条受力、跨度、间距等特点精细设计，达到安全、经济及合理的设计要求。

参考文献

[1]刘建.钢檩条的概念设计及计算方法.《山西建筑》.2018年27期。

[2]时启宽.钢结构厂房屋面檩条及连接构件的设计.《建筑工程技术与设计》.2018年18期。