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摘要：在工程设计中如何合理的设计檩条，可供设计师参考。
关键词：轻钢结构;檩条
中图分类号TU2： 文献标识码：A
一、概述
轻型钢结构房屋自重轻、用钢量省、造价低；抗震性能好，在抗震设防烈度为7度及以下地区不需考虑抗震设计；可跨越较大跨度；形式美观，有现代感，能充分满足使用要求，用途广泛；制作安装简单，施工周期短且不需要大型施工机械，深受制作、安装企业和广大用户欢迎。 从1998年至今，轻钢结构已成为钢结构行业乃至整个建筑业中发展最快的结构类型，并已在很多工业厂房中用以代替传统的钢筋混凝土柱和钢屋架房屋，取得了巨大的经济效益和社会效益。
在轻钢结构房屋中，屋面和墙面檩条占到结构用钢量的1/5~1/3，檩条的选型和截面类型对其用钢量有很大影响，为节省用钢量，又便于制作安装，通常9米及9米以下柱距的房屋，均采用C型或Z型者冷弯薄壁型钢。
二、冷弯薄壁型钢的优点
1.相同荷载条件下,实腹檩条选用冷弯薄壁型钢更合理且经济。薄壁Z型钢比选用热轧槽钢节省钢材约49%；薄壁C形钢比热轧槽钢节省钢材约43%。
2.冷弯薄壁型钢构件用相对较少的材料承受较大的外荷载，不是单纯用增加截面面积，而是通过改变截面形状的方法获得。根据测算，同样截面积的冷弯薄壁型钢与热轧型钢相比，回转半径可增大80%，惯性矩和面积矩可增大 50-180%。所以，冷弯薄壁型钢抗压和抗弯性能好，整体刚度大。
3.由于冷弯薄壁型钢在室温下成型，材料将产生冷弯效应，使截面弯角部分材料强度提高，塑性降低。
4. 冷弯薄壁型钢构件板件宽而薄，在压应力作用下，截面板件容易产生凸曲变形，发生局部失稳。但是板件在局部失稳后并不立即丧失承载能力，而是仍能承担一定的荷载增量直至构件整体失效，这个过程称为屈曲后强度的利用。
三、连续和简支檩条的比较
目前轻型钢结构房屋中檩条设计通常采用连续檩条和简支檩条两种，下面对二者的设计作一个全面的比较。
1.弯矩
图3-1给出了连续檩条和简支檩条在均布荷载下相应的弯矩图，连续梁跨中最大弯矩只有简支梁的68%；连续梁的最大负弯矩也只有支梁跨中弯矩的79%。
图3-1 荷载满布情况下连续檩条和简支檩条弯矩（连续，简支）
2.挠度
图3-2给出了连续檩条和简支檩条在均布荷载下相应的挠度图，连续梁的跨中最大挠度是简支梁的 52%。
图3-2 荷载满布情况下连续檩条和简支檩条挠度（连续，简支）
综上所述，采用连续搭接的檩条可以获得比较经济的檩条设计结果。根据一些国外设计公司的方法，计算时在搭接区域考虑单个截面的抗弯刚度，但利用双倍的截面模量计算强度和稳定性，因此搭接长度的理想截断点选为在负弯矩等于最大支座弯矩的1/2处的位置是合理的。
四、C型檩条和Z型檩条的受力及构造比较
C型和Z型檩条是目前轻型门式刚架常用的两种檩条规格。
图4-1 C型和Z型檩条
表4-2给出了C型檩条和Z型檩条的截面特性比较。
从表 4-2的截面特性比较可以看出：
1、这两种规格檁条在用钢量一样的情况下，绕平行于屋面的轴，Z 型檩条截面特性略大于 C 型檁条；绕垂直于屋面的轴，在不利一侧 Z型檩条截面特性也略大于 C 型檁条。由于檩条是按平行于屋面和垂直于屋面进行验算，因而Z型檩条受力性能稍好一些。
2、对于 Z 型檩条θ在 20°左右时，绕 x-x 轴、y-y 轴的截面特性与绕 x1-x1轴、y1-y1轴的截面特性比较接近，所以Z型檩条适用于屋面坡度比较大的情况。
3、在屋面坡度较小时，C 型檁条自重产生偏心较小；在屋面坡度较大时，Z 型檁条自重产生偏心较小。
4、Z型檁条在制作和安装上较 C型檁条麻烦。
五、镀锌檩条和油漆檩条的比较
1、持久耐用：由于鍍锌层与钢材间是冶金结合，成为钢表面的一部份，因此镀层的持久性较好。在内陆郊区环境下，标准的热镀锌防锈层可保持50年以上而不必修补；在市区或近海区域，标准的热镀锌防锈层则可保持20年而不必修补。
2、镀层的韧性强：镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到的轻微机械损伤。
3、全面性保护：由于镀件的任何部分都能镀上锌，所以即便是凹陷处、尖角及隐藏处都能受到全面保护。
4、省时省力：镀锌过程要比其他的涂层施工法更快捷，并且可节省安装后在工地上涂刷所需的时间。
5、表面光滑漂亮，很少会因为表面质量问题受到客户的质疑和投诉。
但是，因为油漆檩条具有价格优势，在轻型房屋设计中，也得到相当程度的应用。
六、实际工程设计中的檩条选取
1、卷边Z型檩条可利用不同上下翼缘宽度进行相邻檩条嵌套形成连续檩条,C型檩条可以在连接处做比设计檩条小一截面嵌套檩条来实现连续搭接，C，Z型檩条经济搭接长度均为跨度的10%。
通过实际的工程计算表明,当跨度不大于6m，这种嵌套所耗费的钢材与连续檩条降低弯矩峰值所节省的钢材基本相同，并无太多意义。因此，连续檩条多用于跨度大于6m的情况。当简支檩条跨度大于7.5m，一般是挠度对截面选择起控制作用，此时如改用连续檩条能够有效地减小构件挠度，充分发挥截面的强度。
2、连续檩条一般跨度都在3跨以上，当结构只有两跨的时候，这种嵌套所耗费的钢材与连续檩条降低弯矩峰值所节省的钢材基本相同，所以不建议使用连续檩条。3、当房屋建筑面积在500平米以下时候，不建议使用连续檩条。4、当屋面选优连续檩条时，檐口处为配合屋面彩板施工，建议采用C型檩条。5、对于墙面，因为预留门窗洞口比较多，所以一般不建议采用C型檩条。
总之，设计人在设计檩条时，应因地制宜，在满足结构安全前提下，在施工条件允许情况下，选择用钢量最少的型材。
参考文献：1《冷弯破壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，中国计划出版社2.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012年版）中国计划出版社3.《轻型房屋钢结构应用技术手册》(2005年3月第一版)中国建筑工业出版社
关键词：轻钢结构;檩条
中图分类号TU2： 文献标识码：A
一、概述
轻型钢结构房屋自重轻、用钢量省、造价低；抗震性能好，在抗震设防烈度为7度及以下地区不需考虑抗震设计；可跨越较大跨度；形式美观，有现代感，能充分满足使用要求，用途广泛；制作安装简单，施工周期短且不需要大型施工机械，深受制作、安装企业和广大用户欢迎。 从1998年至今，轻钢结构已成为钢结构行业乃至整个建筑业中发展最快的结构类型，并已在很多工业厂房中用以代替传统的钢筋混凝土柱和钢屋架房屋，取得了巨大的经济效益和社会效益。
在轻钢结构房屋中，屋面和墙面檩条占到结构用钢量的1/5~1/3，檩条的选型和截面类型对其用钢量有很大影响，为节省用钢量，又便于制作安装，通常9米及9米以下柱距的房屋，均采用C型或Z型者冷弯薄壁型钢。
二、冷弯薄壁型钢的优点
1.相同荷载条件下,实腹檩条选用冷弯薄壁型钢更合理且经济。薄壁Z型钢比选用热轧槽钢节省钢材约49%；薄壁C形钢比热轧槽钢节省钢材约43%。
2.冷弯薄壁型钢构件用相对较少的材料承受较大的外荷载，不是单纯用增加截面面积，而是通过改变截面形状的方法获得。根据测算，同样截面积的冷弯薄壁型钢与热轧型钢相比，回转半径可增大80%，惯性矩和面积矩可增大 50-180%。所以，冷弯薄壁型钢抗压和抗弯性能好，整体刚度大。
3.由于冷弯薄壁型钢在室温下成型，材料将产生冷弯效应，使截面弯角部分材料强度提高，塑性降低。
4. 冷弯薄壁型钢构件板件宽而薄，在压应力作用下，截面板件容易产生凸曲变形，发生局部失稳。但是板件在局部失稳后并不立即丧失承载能力，而是仍能承担一定的荷载增量直至构件整体失效，这个过程称为屈曲后强度的利用。
三、连续和简支檩条的比较
目前轻型钢结构房屋中檩条设计通常采用连续檩条和简支檩条两种，下面对二者的设计作一个全面的比较。
1.弯矩
图3-1给出了连续檩条和简支檩条在均布荷载下相应的弯矩图，连续梁跨中最大弯矩只有简支梁的68%；连续梁的最大负弯矩也只有支梁跨中弯矩的79%。
图3-1 荷载满布情况下连续檩条和简支檩条弯矩（连续，简支）
2.挠度
图3-2给出了连续檩条和简支檩条在均布荷载下相应的挠度图，连续梁的跨中最大挠度是简支梁的 52%。
图3-2 荷载满布情况下连续檩条和简支檩条挠度（连续，简支）
综上所述，采用连续搭接的檩条可以获得比较经济的檩条设计结果。根据一些国外设计公司的方法，计算时在搭接区域考虑单个截面的抗弯刚度，但利用双倍的截面模量计算强度和稳定性，因此搭接长度的理想截断点选为在负弯矩等于最大支座弯矩的1/2处的位置是合理的。
四、C型檩条和Z型檩条的受力及构造比较
C型和Z型檩条是目前轻型门式刚架常用的两种檩条规格。
图4-1 C型和Z型檩条
表4-2给出了C型檩条和Z型檩条的截面特性比较。
从表 4-2的截面特性比较可以看出：
1、这两种规格檁条在用钢量一样的情况下，绕平行于屋面的轴，Z 型檩条截面特性略大于 C 型檁条；绕垂直于屋面的轴，在不利一侧 Z型檩条截面特性也略大于 C 型檁条。由于檩条是按平行于屋面和垂直于屋面进行验算，因而Z型檩条受力性能稍好一些。
2、对于 Z 型檩条θ在 20°左右时，绕 x-x 轴、y-y 轴的截面特性与绕 x1-x1轴、y1-y1轴的截面特性比较接近，所以Z型檩条适用于屋面坡度比较大的情况。
3、在屋面坡度较小时，C 型檁条自重产生偏心较小；在屋面坡度较大时，Z 型檁条自重产生偏心较小。
4、Z型檁条在制作和安装上较 C型檁条麻烦。
五、镀锌檩条和油漆檩条的比较
1、持久耐用：由于鍍锌层与钢材间是冶金结合，成为钢表面的一部份，因此镀层的持久性较好。在内陆郊区环境下，标准的热镀锌防锈层可保持50年以上而不必修补；在市区或近海区域，标准的热镀锌防锈层则可保持20年而不必修补。
2、镀层的韧性强：镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到的轻微机械损伤。
3、全面性保护：由于镀件的任何部分都能镀上锌，所以即便是凹陷处、尖角及隐藏处都能受到全面保护。
4、省时省力：镀锌过程要比其他的涂层施工法更快捷，并且可节省安装后在工地上涂刷所需的时间。
5、表面光滑漂亮，很少会因为表面质量问题受到客户的质疑和投诉。
但是，因为油漆檩条具有价格优势，在轻型房屋设计中，也得到相当程度的应用。
六、实际工程设计中的檩条选取
1、卷边Z型檩条可利用不同上下翼缘宽度进行相邻檩条嵌套形成连续檩条,C型檩条可以在连接处做比设计檩条小一截面嵌套檩条来实现连续搭接，C，Z型檩条经济搭接长度均为跨度的10%。
通过实际的工程计算表明,当跨度不大于6m，这种嵌套所耗费的钢材与连续檩条降低弯矩峰值所节省的钢材基本相同，并无太多意义。因此，连续檩条多用于跨度大于6m的情况。当简支檩条跨度大于7.5m，一般是挠度对截面选择起控制作用，此时如改用连续檩条能够有效地减小构件挠度，充分发挥截面的强度。
2、连续檩条一般跨度都在3跨以上，当结构只有两跨的时候，这种嵌套所耗费的钢材与连续檩条降低弯矩峰值所节省的钢材基本相同，所以不建议使用连续檩条。3、当房屋建筑面积在500平米以下时候，不建议使用连续檩条。4、当屋面选优连续檩条时，檐口处为配合屋面彩板施工，建议采用C型檩条。5、对于墙面，因为预留门窗洞口比较多，所以一般不建议采用C型檩条。
总之，设计人在设计檩条时，应因地制宜，在满足结构安全前提下，在施工条件允许情况下，选择用钢量最少的型材。
参考文献：1《冷弯破壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，中国计划出版社2.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012年版）中国计划出版社3.《轻型房屋钢结构应用技术手册》(2005年3月第一版)中国建筑工业出版社