在工业厂房、物流仓库等大跨度建筑中,波形钢板复合保温屋面墙体系统应用十分广泛。尤其在门式钢结构中,这种屋面墙体系统几乎是唯一的选择。由于其重量轻、厚度薄,对风、雪荷载十分敏感,因此存在一些不同于普通结构的问题。例如屋面板和墙板与檩条的连接,檩条之间的斜撑布置等看似简单却十分值得重视。斜撑是檩条稳定性的保障,檩条+角撑是门式钢梁、柱稳定性的保障。斜撑布置不当可能会给主体结构留下安全隐患。所以,“斜撑”的作用不小,一定要理清斜撑的布置。
1、我们先来看《门帮标准》中的几个条款:
1、第11.1.3条:屋面板与檩条的连接方式有:直立锁边连接式、卡扣连接式、螺钉连接式。
2.第11.1.6条:当屋面板采用竖缝锁边连接或卡扣连接时,屋面板不得作为檩条的侧向支撑。当屋面板采用螺钉连接时,屋面板可作为檩条的侧向支撑。
3、根据《门钢规范》第4章的规定可推断,在风吸力条件下,几乎所有该类屋面的荷载设计值都为负值。
计算过程如下:
根据门钢规范公式(4.2.1),屋面风荷载标准值为
;
该公式中各参数的取值如下:
(1)基本风压:重现期为50年,全国各地取较低值
;
(2)放大倍数:β=1.5
(3)风压高度变异系数:
(以约10米高度为基准,粗糙度以B级为基准)
(4)风荷载体形系数(按门钢规范表4.2.2-4a取值):
按常用柱距的较低值取檩条跨度
,则有效风荷载面积为:
。
从表4.2.2-4a的中间区域来看,
,但:
风荷载标准值:
;
屋盖自重荷载一般为0.25kN/m2;
屋面荷载设计值为:
。
可以看出,几乎所有的轻型屋顶都会因风吸力而对檩条的下缘产生压缩。
4.第9.1.10条的解释:
(1)由于檩条上翼缘在恒载和活载作用下受压钢结构衬板,檩条下翼缘在恒载和风载作用下受压,故需同时考虑两种情况,因此应在檩条上、下翼缘分别设置双层支撑。
(2)当檩条下翼缘与内衬板连接时,可代替下拉杆,而只设上拉杆。
(3)当拉杆采用两端靠近上下翼缘连接(拉杆采用上下错开安装)时,要求屋面板能够约束檩条上翼缘的侧向位移。也就是说,下图1所示的拉杆布置,是建立在檩条上翼缘与波形钢板必须采用螺钉连接的前提下。
2、波形钢板复合保温屋面板的分类及与檩条的连接方式:
波形钢复合保温屋面板可分为单层波形钢板、明檩双层波形钢板、隐檩双层波形钢板三类。
1、单层波形钢复合保温屋面板,如图2所示:
此种屋面只有一层波形钢板,由于防水防腐的需要,波形钢板与檩条不能采用螺钉连接,而是采用竖缝锁扣或卡扣连接。
可以看出,此种屋面板无檩条的侧向支撑。
2、外露檩条双层波形钢板复合保温屋面,如图3所示:
此种屋面有两层波形钢板,底层波形钢板用螺钉与檩条上翼缘连接,螺钉间距不大于250mm,附接檩条下翼缘、底层波形钢板与檩条上翼缘连接在一起,形成檩条上翼缘的侧向支撑,上层波形钢板与附接檩条采用竖缝锁扣或卡扣连接。
可以看出,该型屋面板对檩条上翼缘有侧向支撑作用,檩条下翼缘需有附加侧向支撑措施。
3、隐檩双层波形钢板复合保温屋面,如图4所示:
此种屋面形式同样有两层波形钢板,底层波形钢板采用螺钉与檩条下翼缘连接,螺钉间距不大于250mm,为檩条下翼缘提供侧向支撑;上层波形钢板采用竖缝锁扣或卡扣方式与檩条上翼缘连接,不设侧向支撑。
可以看出,该型屋面板对檩条下翼缘有侧向支撑作用,檩条上翼缘需有附加侧向支撑措施。
3. 不同类型屋面板拉杆的布置:
根据上述各型屋面板与檩条的连接方式及规范要求,各型屋面板中拉杆的布置要求如下:
1、单层波形钢板复合保温屋面:
需设置双层支撑约束檩条的上下翼缘,如图5所示:
2、外露檩条双层波形钢板复合保温屋面:
可以采用双层拉杆(如图5所示),也可以将拉杆两端紧靠在檩条上下翼缘处连接(拉杆错开安装),如下图6、7所示。由于拉杆只能承受拉力,错开安装拉杆只能对檩条形成单方向的约束。因此,需要注意的是,拉杆的方向应与檩条下翼缘上的“虚拟力”方向相反,见下图6、7,C型檩条和Z型檩条的拉杆方向相反。图7.10-2摘自《门式刚架灯塔钢结构设计与施工疑难问题解读》,蓝色框内箭头为虚拟力方向,虚拟力可参考《门式刚架规范》CECS102-2002。另外,在屋面板安装前,拉杆错位安装时不能拧紧螺钉,必须等屋面板安装完毕后再进行二次检查,适当拧紧,否则会影响拉杆对檩条下翼缘的约束效果。
拉杆的方向应该和下图中虚拟力(蓝色框)的方向相反:
3、隐檩双层波形钢板复合保温屋面:
可以使用单层支撑,靠近檩条的上翼缘设置,如图 8 所示:
4、连续檩条在重力荷载和风吸力作用下,上下翼缘均存在压缩区,因此,无论采用何种屋面板型式,连续檩条均应设置双层拉结筋,如图5所示。对于隐檩双层波形钢板屋面,可仅在檩条之间设置双层拉结筋,并在檐口、脊口处设置支撑。
4、波形钢板复合保温墙体支撑条布置:
波形钢板与墙体檩条的连接一般采用螺钉连接,这样对墙体檩条的侧向支撑效果较好。
墙体分立板和横板,一般应尽量采用底部自立的立板,比较经济合理,因此我们主要整理立板和自立墙,分为两大类:
1、单层波形钢板复合保温墙体,如图9所示:
此种墙体只有一层波形钢板,用螺钉与墙檩条连接,可对墙檩条外缘提供侧向支撑,因此应在墙檩条内缘附近设置拉杆,以便在墙体受到风吸力时,对墙檩条内缘提供侧向支撑,如图10所示。
如下图11所示,将支撑和墙板设置在檩条的同一侧是错误的,因为檩条的内缘没有侧向支撑,在风吸作用下不能保证稳定性。
2、双层波形钢板复合保温墙体,如图12所示:
此种墙体在墙檩条内外各有一层波形钢板钢结构衬板,用螺钉与墙檩条连接,对墙檩条内外翼缘形成侧向支撑。但仍需设置拉杆,以满足施工安装阶段的需要。此时,拉杆应设置在靠近墙檩条外翼缘的位置,如图11中2-2节所示。
3、对于底部非自承重的墙体,应认真校核墙体檩条的双向弯曲、扭转,此时应设置双面拉杆,并校核拉杆的竖向承载力。
4、有横板的墙体,应在主体结构钢柱间设置H型或箱型钢梁,竖向间距4~6米,注意校核梁的双向弯曲、扭转变形。梁间应设置竖向墙檩条,横间距约1.5米。
五、总结:
据此,波形钢板复合保温屋面、墙体支撑布置如下: