学文网摘要：近年来轻钢结构在建筑领域使用范围较为广泛，本文从屋面布置及拉条设置等方面分析了轻钢结构设计中容易出现问题的原因。
关键词：轻钢结构；屋面；拉条设置
1.前言
近30年以来建筑轻钢结构设计在欧美国家取得了长足深远的发展，已经形成了比较成熟的技术体系，轻钢结构具备一系列的优良特性，自重轻.性能好.工厂化的程度比较高，建造的速度快，这些特点对于国内的建筑业来说，是值得我们借鉴的.下面我们将从国内的轻钢结构现状谈起.
轻钢结构属于建筑钢结构体系中的一种，以门式刚架和拱形的钢结构为多数.目前在建筑的工程中应用非常广泛，尤其是以门式刚架作为主要的结构形式的工业厂房及各类建筑。其整体的安全问题，已经引起越来越多的关注。一项好的结构设计，不仅需注意结构整体本身的稳定性和强度，还要注意结构的部分小构件的设置及选型的合理性.
轻钢结构是一种新型建筑形式，通常采用H 型钢及冷弯薄壁C、Z 型钢组合而构建房屋骨架，屋面和墙体采用彩色涂层压型钢板或夹芯彩板，具有轻型美观、成本低、施工周期短等优点。轻钢结构住宅在欧美等国较为普及，近年来在我国发展迅速。
由于在设计中对主要构件的稳定和强度大家都较为重视，但容易忽略一些局部构件的设置及错误布置，致使在现实中出现事故，带来财产甚至生命的损失，因此有必要对问题加以分析，保证工程的经济性，并杜绝事故的发生。
2.轻钢结构特点分析
轻钢结构是H 型钢为承重主体附以C 型、Z 型檩条及柱间支撑连接件，通过螺栓或焊接等方式固定，屋面和墙面以彩色压型钢板围护而形成的新型建筑体系。目前在住宅或别墅中应用时，一般由柱、梁、及各类支撑及屋面檩条通过配套扣件和加劲件连接而成，其主要受力机理为：柱子与上下梁及支撑或楼板组成受力体系，竖向力由楼面梁传至柱子，再通过柱子传至基础；水平力由作为隔板的楼板传至各类支撑再传至基础。与一般建筑结构相比具有以下优点：
（1）综合经济效益好：钢的自重比其他材料大，但其强度也高很多，且 轻钢结构的优点是构件均可以由工厂预制后现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45d至2个月，而若采用钢筋混凝土建筑则要8～12个月左右。由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益。
（2）结构抗震能力强：钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。且钢材弹性模量大，有良好的塑性和韧性。对于抗震时的结构设计更为有利，部分构件如檩条的抗剪和抗扭作用以及柱、梁间的支撑，大大加强了整体结构的稳定性。
（3）拆卸搬迁极为方便：在建造时，组件均可在工厂预先安装完毕，运至现场后用螺栓连接，施工占地面积小，一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
正是由于轻钢结构的诸多优点，而且随着近年来针对其的防火、防腐新产品的不断涌现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性耐火性能较差的问题，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。
3.设计中容易出现的问题
在屋面拉条中设计***，设计人员常将拉条孔做在离檩条上翼缘三分之一处，但是这样的话，两坡的檩条镜像，就会有一定的方向性，这样就不便施工，那拉条的设置位置如何确定呢
（1）实际在施工过程中，由于存在施工节点荷载加上檩条自身的挠度等各种因素，檩条上翼缘受压，给安装带来很多不便，更有甚者可能引起檩条上翼缘侧向失稳，因此拉条布置在靠近上翼缘处比较合适。施工完毕后，在风的吸力下（风荷载大于屋面恒、活载的情况），檩条的下翼缘受压，而屋面压型钢板能够阻止檩条上翼缘侧向失稳，此时拉条宜布置在靠近下翼缘处。
（2）参照上海市标准，轻型钢结构设计规程（DBJ08-68-97）中。6.4.3中：当在风吸力情况下，檩条受力反号，拉条位置宜在檩条下翼缘1/3腹板高度出。作为设计人员可参考此条规程所述做法.因为当风荷载较大，致使构件反弯距与正弯距相差不是太多的情况下，屋面外板为咬合或暗扣，无内板，一般可考虑设置双层拉条，靠近上下翼缘.但如果屋面下有内板，拉条可仅设在靠上翼缘。因为下翼缘的稳定性可以有内层板约束。
（3）原轻钢结构设计之类规范中提出拉条应设置在檩条靠上翼缘处，主要原因是由于规范编写时，压型彩钢板并不普及，当时轻钢结构屋面基本上是采用石棉瓦等自重较大的围护，且坡度比较大，此时拉条设置在檩条靠上翼缘处是比较合理的。但随着时代进步，现在市场上屋面围护基本上都采用比较轻的材料，檩条和屋面的稳定常常是由风吸力控制的，且屋面板与檩条间均通过自攻螺钉进行可靠连接，屋面板在一定的意义上已经起到了拉条的作用，所以笔者认为在单层板的情况下将拉条设置在靠檩条下翼缘1/3处是比较合理的。
（4）若仅只在下翼缘附近设置拉条，在施工过程中檩条容易侧向扭曲，并且当屋面活荷载（或雪荷载）较大时，檩条容易侧向失稳，美国等发达国家的通用做法是用30x30小角钢代替拉杆，布置在上下翼缘，在屋脊和檐口处布置交叉剪刀撑，此做法已经在上海等发达城市较多的采用。
（5）并不可以认为屋面采用压型钢板时，屋面板就能有效的阻止檩条的侧向失稳，提供了侧向约束，可以考虑蒙皮效应的作用。如果压型钢板是扣合板或是暗扣板，则其对檩条的约束作用就较差，蒙皮效应较差。另外如果有屋面内板时，此时对檩条的下翼缘失稳起作用，如有上述情况就必须重新考虑布置拉条在檩条的位置，那么此时拉条应设置靠近檩条的上翼缘处。
（6）屋面拉条的布置的作用有二：一是减少弱轴方向支撑点之间的距离，使得弱轴的弯矩值减小，这对两个主轴方向惯性矩和截面模量相差较大的构件是重要的。二是有助于檩条提高整体稳定性，提高构件抗扭刚度。因此对跨度较大的檩条规范有明确的拉条布置要求。轻钢结构屋面采用压型钢板作为维护，采用间距较密的自攻钉或其它紧固件与檩条上翼缘连接后，可视为上翼缘有有效约束。从而防止檩条构件面外整体失稳的作用。但由于本身屋面较轻，风吸力作用下存在下翼缘受压失稳状况以及檩条支座附近也存在这种问题。为保证檩条下翼缘不至于失稳，应在下翼缘1/4～1/3腹板处设置拉条。当在满足1.5米间距作用下可不计算其稳定性。但如果屋面板采用暗扣或锁边连接不能作为上翼缘的支撑构件，在跨度较大的情况下建议上下翼缘均设拉条。同时在拉条平面内设交叉支撑。以确保檩条的稳定性。同时也防止屋面板较长的情况下由于温度收缩拉力作用下导致檩条倾倒。
综上所述，考虑到蒙皮效应，可以考虑上翼缘的侧向稳定性由自攻螺丝连接的屋面板提供，而只在下翼缘附近设置拉条；但对于非自攻螺丝连接的屋面板，则需要在檩条上下翼缘附近设置双拉条。
4.结束语
通过对以上轻钢结构拉条布置中容易出现的问题分析，掌握良好的力学知识、结构原理是做好轻钢结构设计，保证工程最大经济性和安全性的关键，同时，在我们学习规范条文的时候，不仅要熟悉规范条文，而且要理解条文原理及其适用条件，才能正确处理实际工程中的各种问题，不要生搬硬套，也是应引起重视的问题。
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