欧本桁架檩条在重型钢结构厂房屋面的应用

欧本桁架檩条在重型钢结构厂房屋面的应用唐鹏田小川陈明（上海欧本钢结构有限公司）摘要：从分析模型和用量两方面阐述欧本桁架檩条与传统高频焊H型钢在大柱距重型吊车厂房中的应用。对欧本桁架檩条与传统的高频焊H型钢的计算结果进行对比，证明在大柱距的重型厂房屋面采用欧本桁架檩条的经济性与实用性。同时，结合已经或正在施工的实例工程，介绍欧本屋面桁架檩条的用法。关键词：欧本桁架屋面檩条应用引言金属建筑系统中屋面檩条是重要的次结构构件，檩条是搁置在屋面主结构上的水平构件，其上一般铺设金属屋面板（有的时候附保温）。通常9米柱距左右的檩条，采用冷弯C、Z型形式，经济性良好。当建筑柱距（通常等于檩条跨距）大于12米时，冷弯型钢C、Z型檩条无法通过计算，这种情况下可以考虑采用桁架檩条。重型工业厂房屋面系统重型工业厂房有别于普通的厂房，其吊车起重量大、厂房高度高、承受荷载大等。在布置柱网尺寸时，为满足生产工艺的要求，符合规范提出的经济合理、安全适用的要求，重型厂房的柱网通常较大。12m、15m、18m等为常用柱距，也是重型工业厂房中比较经济的柱距。因跨度与荷载原因，此类厂房的屋面檩条通常采用焊接H型钢或高频焊H型钢，但屋面檩条折合每平米用钢量通常达到15kg/m2以上，而欧本桁架檩条系统，在这种结构形式中，就具有无可比拟的优势。欧本桁架檩条由上弦、下弦、腹杆组成，上下弦均采用M型冷弯薄壁型钢，腹杆采用焊接圆管，其主要经济性表现在“空腹”。其断面形式如下图一所示。图一由于桁架的每米重量跟桁架的高度关联度不高，而桁架的承重能力却与桁架高度成正比，利用这一特点，适当加大桁架的高度，其承重能力就大大提高。下面我们通过一个实例来说明欧本桁架檩条在重型吊车厂房屋面系统的经济性与实用性。黄海造船有限公司船体车间,总建筑面积44000m2,分高跨与低跨二部分，因高跨与低跨情况类似，现以高跨为例进行说明。建筑剖面图如下图所示，常规柱距为12m，局部包括16m柱距，基本风压为0.55kn/m2,因近海，地面粗糙度为A类，恒载为0.2kn/m2,吊挂荷载为0.3kn/m2,基本雪压为0.5kn/m2,无其它荷载；对于屋面檩条，因常规的C、Z型檩条在现有荷载条件下无法满足结构受力要求，下面我们以常规的轧制H型钢、高频焊与欧本桁架檩条进行对比说明(以常规柱距12m为例,檩条间距1.5m)，如表一所示；表一类型规格单重(kg/m)材质备注热轧H型钢HM244x17543.56Q235高频焊H型钢H250x200x6x836.14Q235欧本桁架檩条500RJ2.5/2.312.80Q235从表一可以看出，欧本桁架檩条的单位用钢量不及热轧H型钢、高频焊H型钢檩条的一半重量；在此类型厂房的应用中，欧本桁架檩条还有一个H型钢无法拟的优势，那就是欧本檩条还有一种可兼作系杆的桁架式檩条,其断面形式如图一所示；下面我们再以传统的屋面圆钢管系杆与可兼作系杆的欧本桁架檩条进行对比一下：我们设定系杆所需承受的轴力为80kn,根据规范，受压构件的细比应控制在200以内，计算结果如下(系杆长度12m计算)：焊接圆管方案：钢材等级：235，系杆截面为焊按圆管180*4.5，系杆平面内计算长度系数：1.000，系杆平面外计算长度：12.000m构件强度:32.244f=215.000(N/mm2)；平面内长细比：λx=193.308＜[λ]=200.000，构件平面内稳定计算最大应力:162.925f=215.000(N/mm2)；平面外长细比超限：λy=193.308＜[λ]=200.000，构件平面外稳定计算最大应力:162.925f=215.000(N/mm2)；构件单位重量为19.48kg/m；檩条兼作系杆方案：构件型号：500RJ2.8/100x3.0矩形管,上弦截面:M2.80，材料为Q235,下弦截面:100*3矩形截面，材料为Q235;圆钢管腹杆，上弦杆件强度:σ=132.145=205N/mm2；上弦杆件稳定：σ=146.793=205N/mm2；下弦杆件强度：σ=97.9294=215N/mm2；下弦杆件整稳：λmax=76.4161，σ=134.241=215N/mm2；构件单位重量为16.95kg/m；从以上两组数据可以看出，欧本檩条在兼作系杆后，在同等受力情况下，兼作檩条与系杆双重功能后欧本檩条的重量仍然比单纯的系杆轻（相比H型钢檩条与系杆重量之和，甚至比单纯系杆的重量还要轻）；其经济性能不言而喻；在此类型屋面中，欧本桁架檩条还有一个很大的优势：兼系杆的桁架檩条下弦可与屋面的刚性交叉支撑共同组成屋面的支撑系统，重型厂房的屋面支撑系统，根据结构受力要求与设计习惯，通常会采用屋面刚性支撑，欧本兼系杆的檩架檩条方管下弦可以很方便的与屋面刚性支撑连接，并可兼作纵向刚性系杆。一来减小了屋面刚性交叉支撑的简支跨度，防止屋面刚性支撑由于跨度太大，在自身重力作用下引起的下挠；再次，简洁美观，又大大节约了用钢量；屋面支撑系统布置图一在重型钢结构厂房中，欧本桁架檩条的连接也非常简单。桁架檩条的安装和Z形檩条不同，桁架檩条是采用简支铰接连接，每端用二个普通螺栓连接，不存在Z形檩条连续搭接的问题。但是桁架式檩条的支撑系统比冷弯薄壁型钢檩条系统要复杂些。桁架檩条与屋面梁连接桁架檩条兼系杆与屋面梁连接檩间支撑对于桁架系统来说，支撑是必要的，并且它有以下几种构成形式。a)水平水平支撑由两根水平的连续构件构成，一根构件设置在桁架的上弦，另一根设置在桁架的下弦。支撑与桁架的连接应用螺栓连接或者焊接的连接方法，但无论使用那种连接方法都必须保证至少抵抗保证檩条平面外稳定所需的水平方向力。水平支承的长细比(l/r)不应超过300，其中l是水平支撑的固定点的间距，b)斜向斜向的支撑应当使用长细比(l/r)不超过200的交叉杆件，其中ℓ是支撑在联结点之间的长度，r则为支撑件的最小回转半径。而当交叉的斜支撑在交叉点上连接的话，支撑的计算长度l则为交叉点到桁架弦杆的距离。斜支撑与桁架弦杆的连接方法可以是螺栓连接或是焊接.檩间平行支撑檩间交叉支撑下表为厦门厦顺铝箔公司冷轧车间各型号檩条情况下的用钢量比较：类型10m12m15m备注规格高频焊H250x150x4.5x8H250x200x6x8H300x200x6x10桁架檩条450RJ2.0/2.0450RJ2.3/2.5550RJ2.8/2.8单重(kg/m)高频焊27.1136.1444.36桁架檩条9.5710.9112.35材质高频焊Q235Q235Q235桁架檩条Q235Q235Q235备注：1.荷载条件基本风压为0.80kn/m2,地面粗糙度为B类，恒载为0.2kn/m2,活载为0.50kn/m2,基本雪压为0.35kn/m2,无其它荷载；分析手段桁架檩条可采用常用钢构计算软件进行分析。但由于特殊的弦杆截面特性，常用钢构计算软件计算起来比较麻烦。为此，欧本公司与同济大学联合开发了Opentool桁架计算工具箱，有关Opentool计算工具箱及更多桁架檩条系统信息请查阅：www.open-joist.com.