轻钢结构中Z型连续檩条的应用问题

摘要： 本文简要介绍当今正蓬勃发展的轻钢结构中Z型连续檩条的应用问题。

关键词：Z型檩条 嵌套搭接 搭接长度 连续檩条 纵向传力系杆

一、檩条的截面形式：

轻钢结构中，檩条所占结构用钢量约为1/5~1/3。檩条选型和计算模式的确定对其用钢量有很大影响。为节省用钢量，又便于制作和安装，通常采用冷弯薄壁型钢，其板厚在1.5~3㎜之间，冷弯薄壁型钢最常用的有Z型、C型两种，当檩条跨度大于10m时，可以考虑选用格构式檩条，或采用高频焊接H型钢檩条。

二、连续檩条的结构型式和受力性能：

檩条是作为受弯构件承受屋盖板传来的荷载，檩条的结构型式主要有三种：其一是简支梁模式，可选用C型截面构件，简支檩条构造简单安装方便，但其刚度差，内力大，不经济;其二是连续梁模式，连续檩条因其内力小，挠度小具有明显经济效益，日益被工程界广泛接受，但其受力模式比简支檩条复杂得多，由于连续檩条的承载能力大，还可考虑兼做纵向传力的系杆，可大大节省用钢量，当兼做纵向传力的系杆时，此檩条应按压弯构件计算;其三是多跨静定梁模式，可选用C型截面构件也可选用Z型截面构件或高频焊接H型钢，此模式中悬挑部分的荷载可减轻跨中的内力和挠度而使用钢量节省。近几年在各大工程中应用比较广泛的为第二种模式。

为方便制作、运输、安装，连续梁模式的檩条适合于做成嵌套搭接模式，连续梁在支座处弯矩大于跨中弯矩，而支座处嵌套搭接具有双檩条的承载能力，使得材料得以充分运用。Z型截面是广泛运用于屋盖檩条的一种型式。

Z型檩条通常做成上下翼缘不等宽的形式，其宽度差值以5～6㎜为宜，便于施工安装时嵌套连接，一般国内企业设计檩条的搭接长度通常统一取为跨度的10%。这个搭接长度可满足构成连续檩条的基本条件，在进行计算内力时，通常按多跨等截面连续梁计算，极限承载力由支座处的最大弯矩控制。

由嵌套搭接而成的连续檩条，在受力时会有一定的嵌套松动，其嵌套搭接刚度取决于：

1.搭接长度：试验表明嵌套搭接刚度随搭接长度增加而增加，当搭接长度达到跨度的10%时，再增加搭接长度，其刚度增加的效果就不很明显，再考虑搭接端头处弯矩不宜大于跨中弯矩，故一般中间跨的檩条，搭接长度为跨度的10%较为经济合理。多跨连续檩条中第2支座的弯矩远大于第2跨的跨中弯矩，因此，端跨檩条则应再向第二跨延伸一段，以满足搭接端弯矩不大于跨中弯矩之条件。在实际工程中，为统一搭接长度，通常适当减小边跨柱距。

2.卷边角度：向外倾斜的斜卷边角度越小，嵌套刚度越小，卷边角度越大，嵌套刚度越大，但安装的难度会随之增大，为使运输安装方便，宜采用60 °左右斜卷边。

3.上、下翼缘的自攻钉布置：试验表明当有自攻螺钉打在翼缘上时，其嵌套搭接的刚度大为增加，上、下翼缘均有自攻螺钉和仅在上翼缘有自攻螺钉时，嵌套刚度相差不算大。实际工程实践中，上翼缘总是有自攻螺钉的(下翼缘则在有内衬板时才会有自攻螺钉)。因此嵌套搭接构造仅需在搭接端头的腹板处设置一对普通螺栓即可，在上、下翼缘可不设螺栓，如设螺栓会造成连接不方便，且妨碍面板安装。有的板型构造允许在上、下翼缘设螺栓，此时可在搭接端头的上、下翼缘处各设置一对普通螺栓以加强连接刚度，可因此减少搭接长度。

檩条的稳定问题是由受压翼缘的弯扭引起的。在风吸力作用下，檩条是下翼缘受压，下翼缘会有侧向弯扭失稳的问题，除非屋盖有内衬板约束下翼缘，否则需在靠近下翼缘设置拉条系统以提高其稳定承载能力。

重力作用和风吸力作用下为两个不同方向的作用，因此，对檩条需考虑对上、下翼缘都要约束，如果屋盖板由自攻钉穿透直接固定于檩条，此时蒙皮效应很强，可以利用此效应而不设上层拉条系统，如果屋盖有内衬板，内衬板总是用自攻钉直接固定方式，且每肋一个自攻螺钉，此时可省去下层拉条系统。否则，在上、下层均要考虑设置拉条系统。如果不设檩条上层拉条，在屋盖板安装时，容易发生倾覆事故，此时，应考虑设置1～2道临时木撑。

从构造上保证稳定，主要靠屋面板和拉条对檩条形成侧向约束，从而防止其弯扭失稳。拉条设置原则为：檩条的跨度小于4m时，可不设拉条;当其跨度大于4m不大于6m时，可仅在跨中设一道拉条;当其跨度大于6m不大于9m时，可在跨度三分点处各设一道拉条;当其跨度大于9m时，可沿跨度均匀布置三道拉条。

在轻钢结构设计中，为了节省用钢量，可以考虑用檩条兼做纵向压杆。兼做纵向传力杆件的檩条，可以采用加厚檩条的办法，也可采用双檩条的办法，如纵向荷载很大，则需考虑另设钢管做纵向传力构件。

檩条与屋面梁之间的连接有两种方式：一种是下翼缘开孔，直接由普通螺栓连于屋面梁上;另一种是在屋面梁上焊檩托板，在檩托板上开孔由螺栓连接檩条的腹板。前者连接方式简单，对屋面梁的运输也更便利，但由檩条下翼缘直接承受支座反力，有可能会引起该处檩条的腹板压屈。

檩条在支座处受到集中反力，由于腹板高而薄，可能会产生腹板的局部压曲，如果不设檩托板，直接由螺栓连接檩条下翼缘于屋盖梁上，则有可能出现局部压曲现象，设置檩托板用普通螺栓连接檩条的腹板有助提高局部承压能力，另一方面，还可提高檩条的抗倾覆能力和减少翘曲。因此，连续檩条与屋面梁的连接应采用加檩托板螺栓连接方式以防檩条局部腹板压屈和整体倾覆。当檩条腹板高厚比较大时尚应加设厚垫片以改进其支座处的承载力。

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