轻型房屋钢结构设计讲座

2024年1月12日发(作者：)

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轻型房屋钢结构设计讲座

（Ⅰ）设计基本规定及荷载

二零零一年十二月

一．我国轻型房屋钢结构规程简介

目前我国已制订的有关轻型房屋钢结构的规程有：北京的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和上海的《轻型钢结构设计规程》

（一） 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:98）简介

1．性 质：中国工程建设标准化协会标准

2．主编单位：中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会

3．审查单位：中国工程建设标准化协会薄壁型钢结构委员会

4．批准单位：中国工程建设标准化协会

5．主要内容：共九章，五个附录

第1章 总则

第2章 术语、符号

第3章 基本设计规定

第4章 结构形式和布置

第5章 作用效应计算

第6章 构件设计

第7章 连接和节点设计

第8章 制作和安装

第9章 隔热和涂装

附录A 风荷载计算

附录B 斜卷边工形冷弯型钢的截面特性

附录C 卷边槽形冷弯型钢的截面特性

附录D 楔形梁在框架平面内的换算长度技术

附录E 檩条在风吸力作用下的稳定计算

（二） 《轻型钢结构设计规程》（DBJ 08-68-97）简介

1．性 质：上海市标准

2．主编单位：上海市金属结构协会、同济大学

3．审查单位：上海市建设委员会科学技术委员会

4．批准单位：上海市建设委员会

5．主要内容：共十一章，五个附录

第1章 总则

第2章 符号

第3章 材料

第4章 结构设计的基本规定

第5章 构件与连接的计算和构造

第6章 屋盖结构

第7章 楼面结构

第8章 单层房屋结构

第9章 多层房屋结构

第10章 维护结构

第11章 涂装

附录A 双坡及单坡屋面房屋的风荷载体型系数

附录B 考虑冷弯效应的强度设计值的计算方法

附录C 轴心受压构件的稳定系数

附录D 关于应力蒙皮强度和刚度的整体试验方法

附录E 框架柱的计算长度系数

二．轻型钢结构的应用范围

轻型钢结构在永久性建筑中的应用范围大致如下：

1 用于结构中的构件及其体系

（1）屋面体系，包括屋面板（压型钢板等）、檩条、屋架、等；

（2）楼面体系，包括楼面板（压型钢板等）、次梁等；

（3）墙面体系，包括墙板（压型钢板等）、墙梁、墙柱等；

（4）吊顶及内隔墙体系，包括隔墙板、龙骨等。

2 用于下列房屋中的承重结构

（1）单层仓库和单层厂房，单跨或多跨，跨度一般不超过30m，无悬挂吊或有悬挂吊，悬挂吊不超过5t，无桥吊或有桥吊，吊车为轻级工作制且起重量一般不超过20t。承重结构用钢量一般为10~30kg/m2。

（2）多层工业厂房，柱距一般为12~24m，3~4层。承重框架用钢量一般为30~60kg/m2。

（3）多层住宅和办公楼，柱距一般为6~9m，不超过8层。承重框架用钢量一般为20~50kg/m2。

（4）2~3层的小别墅

（5）目前也有一种趋势，用于20层左右的高层住宅和办公楼。

轻型钢构件的类型有

1．由冷弯薄壁型钢做成

2．由热扎轻型型钢做成

3．由焊接或高频焊接轻型型钢做成

4．由圆管、方管、矩形管做成

5．由薄钢板焊成

6．由小角钢、圆钢做成（不建议采用）

轻型钢结构可由以上一种或多种轻型钢构件组合做成

三．轻型钢结构的特点

1．特点之一：截面中板件比较薄。冷弯薄壁型钢中厚度最小为1.5mm，焊接构件中厚度最小为3.0mm；板件宽厚比比较大，有时可达250，因此对制作、涂装、运输、安装都应有严格要求，防止构件局部变形和易受腐蚀。

2．特点之二：构件抗扭刚度比较差。在形成结构整体后，通过构件之间的连接，构件和屋面板、墙面板之间的连接，才会大幅度提高构件的抗扭刚度。因此在运输和安装时要有严格有效措施，防止构件发生扭转变形，同时要重视安装节点的连接，使能形成结构的整体刚度。

3．特点之三：结构比较柔。为了防止结构变形过大或发生振动，除应重视支撑体系外，还应十分重视屋面板、楼面板和墙面板的构造连接，使它们能参与结构整体工作，有效的增加结构刚度。

4．特点之四：轻型钢结构一般都有冷弯成型工艺，如采用冷弯薄壁型钢等，因此对材料应有冷弯试验的要求，防止在冷弯过程中出现裂缝。

5．特点之五：轻型钢结构的自重很轻。这对于抗震十分有利，在一般情况下，抗震不起控制作用。但需对结构的构造和支撑体系加以注意，应能形成空间的稳定体系，防止节点构造的局部损坏和整个结构的倒塌。

轻型钢结构的自重对于风荷载作用是不利的。风作用的吸力会使屋面、檩条受礼反向，因此要特别注意屋面板的连接，檩条下翼缘的稳定性，防止屋面在大风作用下被掀而破坏。

四．荷载及其组合原则

（一）荷载标准值

1． 屋面均布活荷载标准值

不上人屋面采用压型钢板等轻质屋面

验算屋面板、檩条

验算屋架、刚架等

上人屋面，按使用要求确定，不得小于

2．屋面板、檩条的施工或检修集中荷载标准值

3．屋面雪荷载和积灰荷载 按荷载规范取用

4．楼面活荷载 按荷载规范取用

5．风荷载

垂直与建筑物表面的风荷载标准值，按下式计算

0.5KN/m2

0.3KN/m2

1.5 KN /m2

1.5 KN

wkszw0

式中

w0-------基本风压，上海地区一般取0.55KN/m2

0--------风压高度变化系数，按下表采用

0--------风荷载体型系数，可按荷载规范取用。当条件符合时，也可按规程附录A的规定采用

风压高度变化系数

离地面或海平面高度(m) 近海 市郊

5 1.17 0.80

10 1.38 1.00

15 1.52 1.14

20 1.63 1.25

30 1.80 1.42

*注：括弧内数值为门式刚架CECS 102:98取用的数值，下同此。

6．吊车荷载 按荷载规范取用

7．地震作用 按抗震规范取用

（二）荷载分项系数和组合系数

1．分项系数γ

永久荷载 对结构不利时1.2，有利时1.0

可变荷载 1.4

市区

0.38 (0.54)

0.53 (0.71)

0.65 (0.84)

0.74 (0.94)

0.90 (1.11)

地震作用 1.3

2．组合系数ψ

当有两个或两个以上的可变荷载参与组合

且其中包括风荷载时， 0.85

其他情况 1.0

（三）荷载组合原则

1．屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中的较大值；

2．积灰荷载应与雪荷载或屋面均布荷载两者中的较大者同时考虑；

3．对自重较轻的屋盖应验算在吸风情况下檩条、屋面压型钢板、刚架横梁、屋架构件等截面应力反号的影响，此时永久荷载分项系数取1.0

五.材料及其设计指标

（一）材料

1 承重结构的材料

（1）材料要求

应具有抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验和硫磷极限含量的合格保证。

焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。

重级工作制焊接吊车梁等应具有常温冲击韧性的合格保证。

（2）钢材牌号

压型钢板 Q235和Q215钢

檩条、墙梁 Q235和Q345(16Mn)钢

刚架等承重构件 宜用Q345(16Mn)钢的B级或以上级别的钢

吊车梁 Q235和Q345(16Mn)钢的B级或以上级别的钢

Q235应按国家标准《碳素结构钢》（GB700）的规定

Q345（16Mn）应按国家标准《低合金高强度结构钢》（BG/T 1591）的规定

当有可靠根据时可采用其他牌号以及耐侯碳素结构钢和高耐侯性结构钢。

在同一构件中允许采用两种不同牌号的钢材

2．连接材料

（1）焊接连接材料

选择焊条型号、焊丝和焊剂时应与主体金属轻度相适应。

当两种不同钢材相连接时，在保证可焊性的前提下，宜采用与低强度钢材相适应的焊接材料。

焊接连接材料应符合下列国家标准的规定

手工焊条： 《碳钢焊条》（GB/T 5117）

《低合金钢焊条》（GB/T 5118）

埋弧自动焊、半自动焊焊丝： 《熔化焊用钢丝》（GB/T 14957）

二氧化碳气体保护焊焊丝：

《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》（GB/T 8110）

（2）螺栓连接材料

螺栓连接材料应符合下列国家标准的规定

普通螺栓：《六角头螺栓──A级和B级》（GB 5782）

《六角头螺栓──C级》（GB 5780）

高强度螺栓：

《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》（GB/T 1228-1231）

《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接技术条件》（GB 3632-3633）

圆柱头焊钉：《圆柱头焊钉》（GB 10433）

自攻螺钉：《自钻自攻螺钉》（GB/T 15856.1-15856.4，GB/T 3098.11）

（二）材料的设计指标

1．钢材的强度设计值应按下表采用

钢材的强度设计值（N/mm2）

钢号 钢材厚度或直径抗拉、抗压和抗弯抗剪 端面承压（刨平顶紧）f fv fce

（mm）

215 125 320

≤16

Q235

205 120 320

17~40

315 185

≤16 445（410）

Q345

300 175

17~35

425（410）

350 205 450

≤16

Q390

335 195 435

17~35

2．焊缝的强度设计值应按下表采用

焊缝的强度设计值（N/mm2）

对接焊缝 角焊缝

焊接方法和厚度或直焊缝质量为下列级别抗拉、抗钢号

焊条型号 径（mm）

抗压

时，抗拉和抗弯ftw

抗剪fvw 压和抗剪ftw

一、二级 三级

自动焊，半自动焊，二氧化碳气体215 215 185 125 160

≤16

Q235

205 205 175 120 160

17~40

保护焊和E43XX型焊条的手工焊

自动焊，半自动焊，二氧化碳气体315 315 270 185 200

≤16

Q345

300 300 255 175 200

17~35

保护焊和E50XX型焊条的手工焊

自动焊，半自动焊，二氧化碳气体≤16 350 350 300 205 220

Q390

335 335 285 195 220

保护焊和17~35

E55XX型焊条的手工焊

注： （1）自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工焊焊条的数值；

（2）厚度小于16mm的钢板采用高频电阻焊，在焊剂质量达到一级、二级标准并经过拉力试验验证后，其焊接接头的强度设计值可以参照对接焊缝的强度设计值确定；

（3）当两种不同钢号焊接时，焊缝的强度设计值应取强度较低钢号栏的数值。

3．螺栓连接的强度设计值应按下表采用

螺栓连接的强度设计值（N/mm2）

普通螺栓

C级螺栓 A级、B级螺栓

抗拉 抗剪 承抗拉 抗剪承压压 （I类（I类孔） 孔）

130

普通4.6级

170

─── ── ──

380（350）

250

螺栓 8.8级

── ──

─ ──

锚栓

承压型高强度螺栓

螺栓的钢号（或性能等级）和构件的钢号

锚栓

抗拉

承压型高强度螺栓

抗剪 承压

──

──

140

180

──

──

──

──

250

310

──

──

──

──

Q235

Q345

8.8级

10.9级

──

──

──

──

─

─

──

──

──

──

──

──

Q235

── ──

305

── ──

400

── ──

465

Q345 385 510 590

Q390 400 530 615

注：孔壁质量属于下列情况者为I类孔：

1）在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；

2）在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔；

3）在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径，然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径的孔。

4．对于厚度小于和等于3.5mm的薄板，可采用电阻电焊。每个焊点的抗剪承载力设计值应按下表采用

电阻点焊的抗剪承载力设计值

相焊板件中外层较0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

薄板件的厚度t（mm）

每个焊点的抗剪承0.6 1.1 1.7 2.3 4.0 5.9 8.0 10.2 12.6

sKN）载力设计值Nv（

5．几种情况

（1）当钢材厚度大于上述表中规定的数值时，其强度设计值应按有关规范的规定取用。

（2）当采用厚度小于4mm的型钢或冷弯薄壁型钢时（不包括厚度不小于2.5mm的Q235镇静钢）时，上述表中的强度设计值应降低5%。

（3）当由冷弯薄壁型钢组成的构件全截面有效时，可按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ-18-87）的规定采用考虑冷弯效应的强度设计值。

（4）具有下列情况，强度设计值应乘以下列规定的折减系数

1）单面连接的单角钢

1． 按轴心受力计算强度和连接 0.85

2． 按轴心受压计算稳定性

等边角钢 0.6+0.0015λ，但不大于1.0

短边相连的不等边角钢 0.5+0.0025λ，但不大于1.0

长边相连的不等边角钢 0.70

λ为长细比，对中间无联系的单角钢压杆，应取最小回转半径计算，当λ<20时，取λ=20。

2）施工条件较差的高空安装焊缝 0.90

3）两构件的连接采用其间填有垫板的连接以及单盖板的不对称连接 0.90

4）拱的双圆钢拉杆及其连接

5）平面桁架式檩条和三角拱斜梁，其端部主要受压腹杆

当几种情况同时存在时，其折减系数应连乘。

0.85

0.85

六．设计原则

轻钢结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行计算。

承重结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

（一）按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合以及荷载效应的偶然组合，用荷载设计值进行计算，并采用下列表达式：

不考虑地震作用时：SR

考虑多遇地震作用时：SER/式中 γ0────0RE

结构重要性系数，对于安全等级为一级、二级和三级的结构构件，可分别取1.1、1.0和0.9：一般工业与民用建筑轻型钢结构的安全等级可取为二级，特殊建筑的轻型钢结构的安全等级可根据具体情况另行确定；

S───不考虑地震作用时荷载效应组合的设计值；

SE───考虑多遇地震作用时，荷载和地震作用效应组合的设计值；

R───结构构件承载力的设计值；

γRE───承载力抗震调整系数，应按下表采用

承载力抗震调整系数γRE

名称 梁 柱 支撑 节点 焊缝 螺栓

0.70 0.70 0.80 0.90 1.0 1.0

γRE

（二）荷载效应组合的设计值应按下式计算

1．不考虑地震作用时

SGCGGKLCQLQLWCQWQWCCQCQC

2．考虑地震作用时

SEGCGEGEECEEK

式中



,LWG────永久荷载分项系数，一般取1.2；

,C────屋面和楼面活荷载、风荷载、吊车荷载分项系数，一般取1.4；

E

────地震作用分项系数，一般取1.3；

CG,CGE,CQL,CQC,CE──永久荷载、重力荷载、屋面和楼面活荷载、风荷载、吊车荷载和地震作用的荷载效应系数

GK,QL,QW,QC,EK──永久荷载、屋面和楼面活荷载、风荷载、吊车荷载和地震作用的标准值；

GE──重力荷载代表值，按现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GBJ 11）第4.1.3条的规定采用；

──荷载组合系数，当有两个或两个以上的可变荷载参与组合且其中包括风荷载时，取0.85，其他情况则取1.0。

在上述组合中，应考虑不同方向的风荷载、吊车荷载和地震作用对结构的最不利效应。

（三）按正常使用极限状态设计时，应考虑荷载短期效应组合，采用荷载标准值和容许变形进行计算。荷载短期效应组合的设计值可按上述公式计算，单其中各项分项系数均取1.0。

（四）一般情况下，可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用，并进行抗震验算，不考虑垂直地震作用。水平地震对结构的作用，可采用底部剪力法、振型分解反应谱法等方法进行计算。

（五）结构构件的受拉强度应按净截面计算；受压强度应按净截面计算，当截面利用屈曲后强度时，应按有效截面计算；稳定性应按毛截面计算，当截面利用屈曲后强度时，应按有效截面计算；变形和各种稳定系数，除有规定者外均可按毛截面计算。

七．构造的一般规定

（一）构件壁厚及其宽厚比

1．构件壁厚

檩条、墙梁等冷弯薄壁型钢构件

框架梁、立柱等构件

2．宽厚比现值

门式框架工形截面

柱腹板

梁腹板

≥1.5mm

≥3.0mm（4.0mm）

250235/fy

300235/fy（250235/fy）

15235/fy 梁、柱翼缘

冷弯薄壁型钢构件

两边支承

250235/fy

60235/fy

45235/fy

一边支承、一边卷边

一边支承、一边自由

（二）构件长细比

1．受压构件

受压构件的长细比不宜超过下表规定

受压构件的容许长细比

项次 构件名称 容许长细比

1 180

主要构件（如柱、桁架等）

2 220

其他构件及支撑

注：桁架（包括空间桁架）的受压腹杆，当其内力等于或小于承载能力的50%时，容许长细比可取为220。（CECS 102:98 无此注）

2．受拉构件

受拉构件的长细比不宜超过下表规定

受拉构件的长细比

承受静力荷载或间接直接承受动力荷载的项次 构件名称

承受动力荷载的结构 结构

1 桁架的构件 350 250

吊车梁或吊车桁架以2 300 ──

下的柱间支撑

支撑（第2项和张紧3 400

──

的圆钢除外）

注：（1）按受拉设计的构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时，其长细比不宜超过250；

（2）计算单角钢受拉构件的长细比时，应采用角钢的最小回转半径；在计算单角钢交叉受拉杆件平面外的长细比时，应采用与角钢肢边平行轴的回转半径。

（三）温度区段长度

温度区段长度应符合下列规定

纵向温度区段 （≤300m）横向温度区段 （≤150m）

（四）有关连接的几个问题

1．焊接连接

（1）门式刚架柱和横梁中翼缘与腹板的连接，当腹板厚度 ≤8mm时，允许采用自动或半自动埋弧焊接单面角焊缝，单需满足下列规定：

最小根部熔深焊丝直腹板厚度tw 最小焊脚尺寸（k） 焊喉（H）

径1.2~3.2mm（J）

3 3 2.1 1.0

4 4 2.8 1.2

5 5 3.5 1.5

6 5.5 3.9 1.6

7 6 4.2 1.8

8 6.5 4.6 2.0

示意图见下页

单面角焊缝仅适用于承受静荷载和间接动力荷载、非露天结构和无强腐蚀性结构的构件。

柱与底板、柱与牛腿、梁与端板不得适用单面焊

吊车梁、刚架柱在牛腿附近、斜梁在局部悬挂荷载附近不得使用单面焊

以上规定已列入上海市标准：轻型钢结构制作及安装验收规程。

（2）门式刚架横梁、柱与端板的连接应采用全焊透对接焊缝，坡口形式应符合现行国家标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊坡口基本形式和尺寸》（GB

985）的规定

2．螺栓连接

（1）普通螺栓中的C级螺栓宜用于沿其杆轴方向受拉的连接，只有在次要连接或临时固定构件的安装连接中才能用于受剪连接。

（2）承压型高强度螺栓仅用于承受静力荷载和间接承受动力荷载结构中的连接；

其预拉力P和接触面的处理方法应与摩擦型高强度螺栓相同。

（3）高强度螺栓连接应根据现行国家标准《钢结构工程质量检验评定标准》（GB

50221）的规定对其预拉力，抗滑移系数进行复验，同时连接摩擦面的表面应平整，不得有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、氧化铁皮、污垢和不需要有的涂料等。

八．结构变形的规定

（一）受弯构件

受弯构件的挠度不应超过下表的容许值。

受弯构件的容许挠度

项次 构件类别

吊车梁和吊车桁架

1 （1）手动吊车和单梁吊车（包括悬挂吊车）

（2）起重量20t的桥式吊车

2

设有悬挂电动梁吊车的屋面梁或屋架（仅用可变荷载计算）

3

手动或电动葫芦的轨道梁

有重轨（重量等于或大于38kg/m）轨道的工作平台梁

4

有轻轨（重量等于或小于24kg/m）轨道的工作平台梁

楼盖和工作平台梁（第四项除外）、平台板

（1）主梁（包括设有悬挂起重设备的梁）

5

（2）抹灰顶棚的梁（仅用可变荷载计算）

（3）除（１）、（２）款外的其它梁（包括楼梯梁）

（4）平台板

屋盖檩条 （１）无积灰的瓦楞铁屋面

（２）压型钢板和有积灰的瓦楞铁屋面

6

（３）其它屋面

墙架构件 （１）支柱

（２）抗风桁架（作为连接支柱的支承时）

（３）砌体墙的横梁（水平方向）

7

（４）压型钢板和瓦楞铁等墙面的横梁（水平方向）

（５）带有玻璃窗墙面的横梁（竖直和水平方向）

注：L为受弯构件的跨度（对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2倍）

（二）门式刚架

容许挠度

L/500

L/600

L/500

L/400

L/600

L/400

L/400

L/350

L/250

L/150

L/150

L/200

L/200

L/400

L/1000

L/300

L/200

L/200

门式刚架的位移限值可按下表取用

类别 容许值

门式框架横梁的挠度

L/250

时常上人屋面：最大值

L/300

仅用可变荷载验算

L/200

一般屋面：最大值

L/250

仅用可变荷载验算

门式刚架柱顶水平位移

H/75（H/50）

不设桥式吊车：当用轻型墙板时

H/240

设桥式吊车：当吊车有驾驶室时

H/100（H/150）

当吊车由地面操纵时

注：L为横梁在相邻两柱之间的跨度，H为柱高度。

（三）多层框架

1．在风荷载作用下

多层框架结构在风荷载作用下的顶点水平位移预总高度之比值不宜大于1/500，层间相对位移预层高之比值不宜大于1/400。如采用变形限制要求较高的非结构构件和装修材料，层间相对位移与层高之比值宜适当减小；如无隔墙时，层间相对位移与层高之比值适当增大。

2．在地震作用下

多层框架结构在地震作用下的层间相对位移与层高之比值不宜大于下列数值：

在多遇地震作用下（按弹性计算） 1/300

在罕遇地震作用下（按弹塑性计算） 1/70

如采用变形限制要求较高的非结构构件和装修材料，在多遇地震作用下的层间相对位移与层高之比宜适当减小。

附录A 双坡及单坡屋面房屋的风荷载体型系数

A.0.1 本附录的风荷载体型系数适用于坡度不大于1/6，檐口高度不超过20m，也不超过房屋总跨度或总长度中较小值的双坡及单坡屋面房屋。

A.0.2

对坡度不大于1/6的双坡屋面房屋，其风荷载体型系数可按下列规定取用。

A.0.2.1

全封闭围护的房屋，其风荷载体型系数 分别按表A.0.2-1与表A.0.2-2取用。

承受横向风荷载时全封闭围护房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-1

山墙端区域 其余区域

承受纵向风荷载时全封闭围护房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-2

迎风面 背风面

表A.0.2-1中山墙端区域的宽度取表A.0.2-2中Wz的2倍。Wz值取房屋总跨度或总长度中较小值的1/10并且不大于房屋檐口高度的2/5，单不小于房屋总跨度或总长度中较小值的1/25或1m。

A.0.2.2

部分封闭围护的房屋，其风荷载体型系数μs分别按表A.0.2-3与表A.0.2-4取用。

承受横向风荷载时部分封闭围护房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-3

山墙端区域 其余区域

承受纵向风荷载时部分封闭围护房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-4

迎风面 背风面

有关说明同表A.0.2-1 和A.0.2-2。

A.0.2.3

开敞式房屋，其风荷载体型系数μs分别按表A.0.2-5与表A.0.2-6取用。

承受横向风荷载时开敞式房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-5

山墙端区域和其余区域

承受纵向风荷载时开敞式房屋的风荷载体型系数μs

表A.0.2-6

迎风面 背风面

注：N为横向框架的榀数，迎风面风荷载体型系数1.8N的适用条件是：0.10.3,1HS6和0.5。为刚架实体面积与山墙毛面积之比，H为檐口高6BB度，B为房屋宽度，S为柱间距。

A.0.2.4

部分封闭围护房屋指房屋中由一个受正风压的墙面，其上的永久性开口面积超过该墙面面积的5%，也超过其余墙面和屋面上永久性开口面积之和，而其余墙面和屋面上的永久性开口之和不应超过这些墙面和屋面面积的20%。开敞式房屋指全部外墙至少由80%以上永久性开口面积。此外都为封闭式房屋。屋面或墙面上的采光、窗户以及由门的门洞，不作为永久性开口面积。

A.0.3

坡度不大于1/6的单坡屋面房屋承受横向风荷载时，以跨度的1/2作为屋顶风荷载体型系数分区界线；该界线分区作用与双坡房屋的屋脊线相同（图A.0.3a）；承受纵向风荷载时，山墙檐口较低一侧不另设区域Wz（图A.0.3b）。各区域上的风荷载体型系数μs 与第A.0.2条的规定相同。Wz的取值同第A.0.2条。

(a) (b)

图A.0.3 单坡屋面房屋风荷载体型系数的分区界线

A.0.4

坡度不大于1/6的房屋，局部风荷载体型系数μs可按表A.0.4-1和表A.0.4-2 的规定取用。

图A.0.4-1 双坡屋面房屋风作用区域

双坡屋面房屋局部风荷载体型系数μs 表A.0.4-1

构件 风作用区域 全封闭围护房屋 部分封闭围护房屋

-1.2 -1.6

r

-1.4 -1.8

s

屋檩与墙梁

-1.4 -1.8

c

承载面积A≥10m2

-1.1或+1.0 -1.5或+1.1

w

e

-1.1或+1.0 -1.5或+1.1

-1.3 -1.7

r

-1.7 -2.1

s

屋面板、墙板及连接件

-2.9 -3.3

c

承载面积A≤1m2

-1.2或+1.2 -1.6或+1.3

w

e

-1.4或+1.2 -1.8或+1.3

r -1.9 -2.3

外挑屋檐屋面及连接件s -1.9 -2.3

承载面积A≤1m2

c -2.7 -3.1

r -1.8 -2.2

外挑屋檐檩条及梁

s -1.8 -2.2

承载面积A≥10m2

c -0.9 -1.3

山墙墙架抗风柱 -1.0或+1.0 -1.4或+1.1

w

2e

承载面积A≥20m -1.1或+1.0 -1.5或+1.1

山墙墙架横梁

r -1.2 -1.6

s ,c -1.3 -1.3

承载面积A≥10m2

注：（1）当屋面结构以及外挑屋面构件承载面积介于1m2和10m2之间时，可采用半对数线性插值，即

s2s1s10s10s1log10A

式中：s1和s10分别为A=1和A=10时的局部风荷载体型系数。

（2）风作用区域图见图A.0.4-1，其中Wz的取法与第A.0.2条相同。

（3）对于开敞式房屋，墙梁、墙板及连接件的风荷载体型系数取表A.0.2-5的值，屋檩、屋面板及连接件的风荷载体型系数取外挑屋檐与1.25乘表A.0.2-5两者中之较大值。

坡度大于1/20但不大于1/6的单坡屋面房屋局部风荷载体型系数μs 表A.0.4-2

承载面积A（m2）

风作用区域

A≤1 1＜A＜10 A≤10

c -3.4 -2.0

1.4log(10A)－4.8

s

r

-2.6

-2.0

0.9 log(10A)－3.5

0.6 log(10A)－2.6

-1.7

-1.4

注：（1）风作用区域图见图A.0.4~2

（2）坡度大于1/20但不大于1/10时，局部风荷载体型系数可减少15%。

（3）坡度小于等于1/20时，局部风荷载体型系数采用表A.0.4-1中屋檐、屋面板及连接件的风荷载体型系数。

（4）对于部分封闭围护房屋，风吸系数应增加0.4（指绝对值）。

（5）对于开敞式房屋，局部风荷载体型系数的取值与表A.0.4-1中的注（3）相同。

图A.0.4-2单坡屋面房屋风作用区域

A.0.5

高出屋面的周边凸出物，其局部风荷载体型系数μs取1.3

(Ⅱ)

轻型门式钢刚架的设计

一．结构设计

（一）结构体系

屋面：压型钢板

墙面：压型钢板

檩条：冷弯薄壁型钢

墙梁：冷弯薄壁型钢

刚架：实腹变截面工形柱和横梁。（翼缘宽度不改变）

交叉支撑：张紧圆钢

（二）刚架形式

单跨：

双跨：

多跨：

（三）结构要点

柱脚：多为铰接，有桥式吊车时，宜为刚接

屋面坡度：用压型钢板时，宜取1/10~1/15

屋面隔热：常用隔热卷材，也用带隔热层的夹心板材

构件连接：工厂 焊接

工地 高强度螺栓连接

柱：工形截面楔形柱

横梁：工形截面变高度梁

刚架跨度：9~36m

刚架高度：4.5~7.5m

刚架间距：4.5~12m

挑檐长：0.5~1.2m

山墙：无吊车时，不设门式刚架

有吊车时，应设门式刚架

（四）支撑布置

1．屋盖支撑应使屋盖能够成独立的空间稳定体系。

2．柱间支撑间距应按安装条件确定，不应大于60m。

3．柱间支撑开间应同时设置屋盖横向支撑。

4．刚性系杆应设置在：刚架转折处，横梁和立柱需侧向支撑处。

刚性系杆可为钢管、H形钢等，也可用檩条或墙梁作。

二．结构分析

1．变截面门式刚架应采用弹性方法分析。

2．门式刚架通常按平面结构分析，不考虑蒙皮效应，不考虑空间作用。

3．门式刚架内力和位移可用有限单元法。

变截面构件可分成若干段等截面单元，也可采用楔形单元。

4．地震作用可采用底部剪力法分析。

三．刚架构件设计

本节均按门式刚架技术规程（CECS 102:98）编写。上海市轻钢结构设计规程的公式并不一样，但计算结果基本相同。可以参阅该设计规程。

（一）变截面刚架构件

1．受压板件的计算

（1）工形截面构件的腹板，当腹板高度变化≤60mm/M时可考虑屈曲后强度，其抗剪承载力设计值

Vdhwtwd

当w0.8

dfv

当0.8w1.4

d10.64w0.8fv

当w1.4

d10.275wfv

hw────楔形腹板取平均高度

λw───参数

whwtw37k235fy

ah1时，k45.34w 当hwaah1时，k5.344w 当hwa当仅有支座加劲肋时，kτ=5.34

（2）工形截面受弯构件在弯矩和剪力共同作用下

当V≤0.5Vd时， M≤Me

2V当0.5Vd＜V≤Vd时，

MMfMeMf10.5V1

d22MeWef

MfAfhwtf

（3）工形截面压弯构件在轴力、弯矩和剪力共同作用下

当V≤0.5Vd时，

MeMex

x当0.5Vd＜V≤Vd时，MMfMeMfNN2V10.5V1

dMeNMeNWe

Ae

MfNMfNhwtAfAe

（4）工形截面在考虑屈曲后强度时，应按腹板的有效宽度计算截面特性

腹板有效宽度分布，如下图所示：

σ1σ1σ2=φσ1当截面全部受压，即σ2

20时

1he12he

5he2hehe1

当截面全部受拉，即20时

1he10.4he

he20.6he

（5）腹板的有效宽度 按下式计算

当截面全部受压时，hehe

当截面全部受拉时，受拉区全部有效；受压区hehc

当p0.8时

ρ=1

当0.8p1.2时，

10.9p0.8

当p1.2时，

0.640.24p1.2



phwtw28.1k235fy

k16120.112112

当板边最大应力1f时，可用rR1代替上式中的fy。对Q235、Q345钢rR1.087

（6）考虑横梁腹板的屈曲后强度时，横向加劲肋除承受集中荷载、翼缘转折产生的压力外，还承受腹板拉力场产生的压力

NsV0.9hwtwb

当0.8w1.25时，b10.8w0.8fv

当w1.25时，b2．变截面柱的稳定性计算

（1）平面内稳定

12wfv

N0mxM1f

xAe0N1NxWe1E脚标0：指变截面柱的较小端

脚标1：指变截面柱的较大端

（2）平面外稳定

N0Mt1f

yAe0bWe1y───变截面柱在弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数，以变截面柱的小头为准；

b───均匀弯曲的楔形受压构件的整体稳定系数

（3）变截面楔形柱在刚架平面内的计算长度

H0=μh

μ───计算长度系数，柱脚为铰接时可按规程表查得。

柱脚为铰接或刚接时也可按下式计算

24EI0

SH3S───刚架在柱顶单位水平荷载作用下的侧移刚度

S1

───按一阶弹性分析得到的在柱顶单位水平荷载下的侧移

在一般的柱脚构造情况下，按公式计算μ时，μ还可以乘以

柱脚与基础铰接时，0.85

柱脚与基础刚接时，1.2

（4）多跨门式刚架变截面楔形柱在刚架平面内的计算长度的计算公式与单跨相同

a) 当中间柱为上下铰接时，计算长度系数的计算与单跨相同，但横梁的长度应取边柱到相邻柱之间距离的2倍。计算长度系数还应乘以放大系数η

1N1───中间柱轴向力

Nf───边柱轴向力

NN1f

中间柱的计算长度系数μ=1.0

b) 当中间柱非上下铰接时，多柱的计算长度系数

iNE0i1.2N1

NiShi柱脚与基础铰接时，μ还可乘以0.85

柱脚与基础刚接时，μ还可乘以1.2

（5）变截面柱在弯矩作用平面外的计算长度应取纵向支撑间的距离。

（6）刚架柱的弯矩等效系数

a) 弯矩作用平面内

有侧移框架：

无侧移框架：

有横向荷载时，

mx1.0

mx1.0

无横向荷载时，

mx10.150.650.35M2

M1b) 弯矩作用平面外

一端弯矩为零时，

d11

d02NNt10.75

NEx0NEx0两端弯矩基本相同时，

t1.0

（7）均匀弯矩工形截面楔形受弯构件的整体稳定系数

4320Ahb200yWx0yt0s4.4h0wliy0

4235

fyyss10.023lh0

Afliy0

w10.003853．门式刚架横梁的稳定性计算

（1）横梁在平面内和平面外的稳定性计算公式与变截面柱的相同。

（2）横梁在平面内的计算长度

山形门式刚架───斜梁长度

多跨门式刚架───相邻柱子间的斜梁长度

（3）横梁在平面外的计算长度应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离

四．支撑构件设计

（一）隅撑

1．隅撑布置：

（1）实腹式刚架横梁下翼缘受压时，可在下翼缘的受压处布置成对的隅撑，另一端连接在檩条上。

（2）实腹式刚架柱内侧翼缘受压时，可沿内侧翼缘设置成对的隅撑，另一端连接在墙梁上。

2．隅撑截面：一般用单角钢制作。

3．隅撑的设计

按轴心受压构件设计，轴压力N为：

NAf85cos235

fy隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴力为N/2

（二）其他支撑

1．支撑内力按桁架分析

起减小压杆计算长度作用的支撑尚应增加由上式算得的内力。式中A为被支撑受压部位的截面面积

2．交叉支撑和柔性系杆可按拉杆设计，非交叉支撑重的受压杆件以及刚性系杆应按压杆设计。

（Ⅱ）

冷弯薄壁型钢檩条与墙梁的设计

一．引言

轻型门式钢刚架因具有明显的优越性，已在单层轻型房屋中应用并正在日益推广。在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖应采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条，外墙面也宜采用压型钢板墙面板和冷弯薄壁型钢墙梁。本文主要介绍冷弯薄壁型钢檩条和墙梁的设计。

冷弯薄壁型钢与一般热扎型钢相比具有以下几个特点：

1．材料性能的冷弯效应。冷弯效应将使材料的屈服强度提高。如何利用这已特点，可在设计中采用考虑冷弯效应的强度设计值，在现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中有明确规定，本文不再赘述。

2．截面中受压板件的局部失稳及屈曲后强度的利用。在薄壁型钢中，板件的宽厚比一般较大，可以使 截面较为展开，在相同截面积的条件下获得较大的截面惯性矩，提高构件的抗压和抗弯能力。但当宽厚比超过一定限值时，在压应力作用下，截面的板件会首先产生局部失稳，板件发生局部失稳并不意味该板件承载力的终止。板件在局部失稳后直到构件整体失效前仍能继续承担一定数量的荷载增量，此过程称为局部屈曲后强度的利用。在冷弯薄壁型钢设计时允许考虑板件的屈曲后强度，并采用有效截面法加以利用。

采用有效截面法时，板件有效宽厚比的确定以及有效截面特性的计算方法等，在现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中豆油规定和表格可供查用。

3．构件扭转变形以及产生的翘曲应力。冷弯薄壁型钢因板件较薄、宽厚比较大，截面的抗扭刚度较小，对于荷载作用不通过截面剪力中心而存在的偏心十分敏感。在计算时必须考虑因荷载作用不通过剪力中心形成的扭转所产生的扭转变形和约束翘曲应力。这一影响在檩条和墙梁中尤为明显。

因此，本文将结合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的有关条文主要介绍在冷问薄壁型钢檩条和墙梁设计时采用构造措施减少扭转变形和约束翘曲应力，以及在必须计算扭转变形和约束翘曲应力的计算方法。

二．冷弯薄壁型钢檩条的设计

（一）檩条的布置

跨度不超过9m的檩条宜采用卷边槽形和斜卷边Z形的冷弯薄壁型钢，也可以采用直卷边Z形的冷弯薄壁型钢。前者可设计成连续檩条，既在与门式刚架横梁连接处做成搭接，斜卷边Z形檩条可采用叠置搭接（图1-a），卷边槽形檩条可用大一号或小一号卷边槽形截面套置搭接（图1-b）。连续檩条比单跨简支檩条省钢。

图1 檩条搭接示意图

檩条间距应根据屋面材料、檩条供货规格按计算确定。

（二）檩条上的荷载

作用在檩条上的荷载有：

1．屋面材料和檩条的自重；

2．屋面均布活荷载（按水平投影计算），其标准值一般宜取0.5KN/m2;

3．屋面雪荷载和积灰荷载，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用，并应考虑在屋面天沟，阴沟，高低跨相接处等的荷载增大系数；

4．风荷载，可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的规定计算，也可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A的规定计算；

5．施工或检修集中荷载，其标准值至少应取1.0KNs，当施工荷载有可能超过上述荷载时，应按实际情况取用。

在设计时，可根据下列原则进行荷载效应组合：

1． 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；

2． 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；

3． 施工或检修集中荷载不与屋面材料和檩条自重以外的其他荷载同时考虑。

（三）简支檩条的计算

檩条应按下列不同情况进行计算：

1．当正压力作用下即向下荷载作用下屋面能起阻止檩条失稳和扭转的作用时，可仅按下式计算实腹式檩条的强度，而无需计算其整体稳定性：

MxMyf

WenxWeny （1）

式中

Mx,My──对截面主轴x轴和y轴的弯矩设计值；

Wenx,Weny──对主轴x轴和y轴的有效净截面模量；

f───钢材的强度设计值。

图2 实腹式檩条的主轴

2．当正压力作用下屋面不能阻止檩条侧向失稳和扭转时，应按下列公式计算实腹式檩条的稳定：

MyMx

f

bxWexWey式中

Wex,Wey───对主轴x和y轴的有效截面模量；

（2）

bx───梁的整体稳定系数，按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的规定计算；

3．当屋面能阻止上翼缘侧向失稳和扭转时，在负压力作用下，即向上荷载作用下（如与风吸力组合时，风吸力大于向下作用荷载的情况），实腹式檩条的稳定性可由下列三种方法之一解决：

（3．1）第一种方法，按公式（2）计算；

（3．2）第二种方法，设置拉杆或撑杆防止下翼缘扭转和侧向失稳，一般间距应不大于1.5m。

（3．3）第三种方法，即考虑屋面的弹性约束作用，按下列公式计算：

1MxNMyf

yWAWef1yex式中

Mx───对截面主轴x轴的弯矩设计值；

N───作用于檩条的轴向压力设计值；

（3）

My───垂直荷载设计值引起的檩条自由翼缘（下翼缘）的侧向弯矩，当自由翼缘受拉时，My为零，



MyMy0 （4）

My0───忽略弹性约束影响的自由翼缘侧向弯矩，

My02qyly8 （5）

ly───拉条间的距离，当无拉条时为檩条跨度；

qy───由于截面扭转和侧弯引起的作用于自由翼缘的等效侧向荷载设计值，

qyKhqx

qx───垂直于主轴x轴的荷载设计值：

（6）

Kh───系数，按表1计算

系数的计算公式 表1

截面类型 Kh值 作用方向

b2hta

4Iuh与下翼缘伸出方向相同

剪力中心f

h与下翼缘伸出方向相同

注：Iu为截面绕u─u轴的惯性矩

───考虑自由翼缘弹性约束影响的修正系数，

10.225R

11.013R4Kly （7）

R───将屋面弹性约束作用等代成作用于自由翼缘的侧向弹簧后，与弹簧K有关的系数

RE───钢材的弹性模量；

4EIf1y （8）

If1y───自由翼缘加1/6腹板高度截面对主轴y轴的惯性矩；

K───侧向弹簧刚度，

412h2hdeh2

K

3EtCD───泊松比，取0.3

h───檩条截面高度；

1 （9）

hd───檩条腹板展开宽度，对直腹板取hdh；

e───荷载的偏心矩，对Z形檩条为上翼缘螺钉中心至腹板中心的距离（表1中的a），对槽形檩条为上翼缘螺钉中心至截面弯心的距离（表1中的f）

t───檩条厚度

CD───抗扭弹簧刚度

11

CDC

CDCDA1 （10）

CDA───将面板与檩条连接的连接件的等效抗扭刚度（Nm/m/rad），

CDA130n （11）

CDC───与面板抗弯刚度相应的抗扭刚度（Nm/m/rad），

CDCkEI1

S （12）

n───每米长度上檩条与面板连接的紧固件数目（面板每个肋上不得多于1个）；

k───系数，单跨面板可取2；连续面板可取；

I1───每米宽度面板有效截面的截面惯性矩；

S───檩条间距（m）；

Wex───檩条有效截面对主轴x轴的截面模量；

Ae───檩条有效截面的截面积；

Wf1y───自由翼缘加1/6腹板高度截面对主轴y轴的截面模量；

y───自由翼缘加1/6腹板高度截面的轴心受压杆件对主轴y轴的稳定系数，由长细比f1y按现行国家标准《钢结构设计规范》规定的a类曲线采用：

f1ylf1yif1y （13）

if1y───自由翼缘加1/6 腹板高度毛截面对主轴y轴的回转半径；

lf1y───考虑屋面弹性约束作用后，自由翼缘的计算长度，

lf1y0.7ly113.1R1.60.125 0≤R≤200 （14）

公式（11）的适用条件为：（1）连接紧固的面板单波翼缘宽度不得大于120mm，（2）面板的基板厚度不得小于0.66mm，（3）檩条紧固件至截面弯心的距离不得小于25mm。

4．当屋面不能阻止上翼缘侧向失稳和扭转时，在负压力作用下实腹式里头的稳定性应按下式计算：

MyMxBf

bxWexWeyWM （15）

式中：B───双弯矩，对于简支檩条，可按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》附录三附表3.5-1的公式计算

Wm───檩条截面的扇性模量。

在简支檩条中，上述所有公式中的Mx和My可按下表计算。

简支檩条的弯矩 表2

拉条设置情况 刚度最大主平面的弯矩 刚度最小主平面的弯矩

无拉条

有一根拉条

有二根拉条

注：qx、qy为作用在檩条上的荷载在两个主轴上的分量。

5．檩条垂直于屋面的挠度可按下式计算：

5qkxl4



384EIx （16）

式中 ：qkx───檩条线荷载标准值垂直于屋面方法的分量；

Ix───截面对平行于屋面坡向的x轴的毛截面惯性矩；

───檩条的容许挠度值，仅承受压型钢板屋面时为l

150。

（四）连续檩条的计算

由于冷弯薄壁型钢檩条采用搭接方式形成连续檩条，而搭接方式的刚度与众多因素有关，如搭接长度、搭接处连接螺栓大小及数量等等，难以在理论上确定，搭接刚度又会影响连续檩条的内力分布。因此采用搭接方式的连续檩条的内力宜通过必要的试验才能较准确的确定。

轻型钢结构制造厂，应结合自己的产品，通过试验和设计，制订系列标准，供设计者选用。

（五）檩条的构造

屋面板之间的连接以及面板与檩条的连接，宜采用带橡皮垫圈的自钻自攻螺丝，螺丝的间距不应大于300mm。螺丝等连接件应符合现行国家标准《自钻自攻螺钉》（BG/T15856.1~4和BG/T3098.11）的规定。

檩条在与刚架连接处宜搭接。按简支考虑时，搭接长度可取200mm，用4个螺栓连接，螺栓直径通常M12~M16。按连续考虑时，其构造如图1所示。

檩条与刚架横梁的连接，一般采用螺栓连接，为了提高檩条在支座处防止扭转变形或倾覆的能力，也可以采用檩托的连接方式，如图3所示。檩条通常采用L形截面，其竖向肢高度不宜小于檩条截面高度的3/4。

螺栓檩托

图3 檩条与采用檩托与横梁的连接

檩条端部与檩托的连接螺栓不应少于2个，沿檩条高度方向设置，如有困难，可改为沿檩条长度方向设置。螺栓直径通常采用M12~M16。

为了防止檩条下弦在风吸力情况下失稳，设置拉条或撑杆时，对于Z形截面檩条，可在其自由翼缘或附近设置拉条。如采用角形截面或方管截面杆件，则更好。对于带卷边的C形截面檩条，因在风吸力情况下，自由翼缘将向屋脊变形，因此应采用角形截面或方管加截面的撑杆，如采用拉条，则应在檐口处设置斜拉条，牢固的于檐口檩条在刚架连接处的节点连接。

三．冷弯薄壁型钢墙梁的设计

（一）墙梁的布置

轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形和斜卷边Z形截面的冷弯薄壁型钢，可设计成简支或连续构件，两端支承在刚架柱上并做成搭接。当刚架间距较大时，为了减小墙梁的截面尺寸，可设置墙架柱。墙板宜设计成自承重体系，墙板自重可通过自身平面传至基础，墙梁只承受风荷载。当开有门窗时，则窗户以上部分的墙板可由墙梁承担，墙梁除承受风荷载外，还要承受它所支承的墙板的自重。

墙梁间距应根据墙面材料、门窗布置以及墙梁供货规格，按计算确定。

（二）墙梁的计算

墙梁应按下列不同情况进行计算：

1．单侧与墙板连接，墙板自承重，墙梁只承受风荷载的情况

（1）面板受风压力作用时，墙梁应作强度验算

Mxf

Wenx （17）

x3Vxfv

2h0t （18）

式中：Mx───由水平荷载产生的弯矩设计值，x为墙梁的书香主轴即最大主轴；

Vx───由水平荷载产生的剪力设计值；

Wenx───对主轴x轴的有效净截面模量；

h0───墙梁截面在水平向的腹板计算高度；

t───墙梁截面的壁厚。

（2）面板受风吸力作用时，墙梁应作稳定验算，可由下列三种方法之一解决：

方法一：

Mxf

bxWex （19）

式中：Wex───对主轴x轴的有效截面模量；

bx───梁的整体稳定系数，按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的规定计算；

方法二：在墙梁的自由翼缘（不与面板连接的翼缘）或接近自由翼缘处设置拉条或撑杆，防止自由翼缘扭转和侧向失稳，间距一般应不大于1.5mm。

方法三：考虑面板的弹性约束作用，按公式（3）计算。

2．单侧与墙板连接，墙板由墙梁支承，墙梁除承受风荷载外，还承受墙板自重作用的情况，此时一般应在墙梁附表靠近墙板处设置拉条。

（1）面板受风压力作用时，墙梁应作双向受弯强度验算：

MxMyf

WenxWeny3Vxfv

2h0t （20）

x （21）

y3Vy4b0tfv （22）

式中：My───由竖向荷载产生的弯矩设计值，y为墙梁的水平主轴即最小主轴，计算My

时应将拉条作为墙梁的侧形支点；

Weny───对主轴y轴的有效净截面模量；

Vy───由竖向荷载产生的剪力设计值；

b0───墙梁截面在竖向的翼缘宽度。

（2）面板受风吸力作用时，墙梁应作稳定验算，可按下列三种方法之一解决：

方法一：

MyMxf

bxWexWey （23）

式中：Wey───对主轴y轴的有效结脉内模量；

其余代号与公式（2）和公式（20）相同。

方法二：在墙梁的自由翼缘或接近自由翼缘处设置拉条或撑杆，间距一般应不大于1.5m。设置撑杆时，可不设置靠近墙板处的拉条而将撑杆社在中部。

方法三：考虑面板的弹性约束作用，可按下式计算：

MMyMxy

f

bxWexWf1yWey （24）

式中代号意义与公式（3）和公式（23）相同。

3．双侧与墙板连接，当墙板自重由墙梁支承时，应按公式（20）~（22）作双响受弯强度验算，当墙板为自承重时，则按公式（17）~（18）作单向受弯强度验算。

4．墙梁应作水平变位和竖向挠度的验算

当墙梁采用搭接方式形成连续墙梁时，与檩条相同的原因，连续墙梁的内力应通过试验才能较准确的确定。墙梁供货厂应结合自己的产品通过试验和设计制定系列标准，供设计者选用。

（三）墙梁的构造

墙面板之间的连接、面板与墙梁的连接、墙梁之间的搭接以及墙梁与刚架柱的连接构造均与檩条构造相似，可供参考。

在进行墙面和墙梁安装时，必须采取严格和可靠的措施确保墙梁不发生扭转变形，扭转变形的存在将严重恶化墙梁的受力。

参考文献

1．中华人民共和国国家标准： 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GBJ 18-87）

2．中国工程建设标准化协会标准：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，1998

3．Eurocode3.《Design of Steel Structures》,1993

矩形钢管混凝土结构设计讲座

（Ⅰ）设计基本规定

二零零一年十二月

一．我国矩形钢管混凝土结构技术规程简介

目前我国正在制订矩形钢管混凝土结构技术规程，现已完成征求意见稿，简介如下：

1．性质：中国工程建设标准化协会标准

2．主编单位：同济大学、杭州杭萧钢结构有限公司

3．审查单位：中国工程建设标准化协会薄壁型钢结构委员会

4．批准单位：中国工程建设标准化协会

5．主要内容：共十一章

第一章 总则

第二章 术语和符号

第三章 材料

第四章 基本设计规定

第五章 结构体系与结构分析

第六章 矩形钢管混凝土构件设计

第七章 节点

第八章 抗侧力构件设计

第九章 钢与混凝土组合行架设计

第十章 耐火设计

第十一章 施工

二．矩形钢管混凝土结构的特点

矩形钢管混凝土结构的应用范围大致如下

1．用于多高层房屋中的柱

2．用于拱结构

3．用于行架中的上下弦杆

矩形钢管混凝土结构具有以下特点：

1．特点之一：矩形空钢管具有强度与刚度。矩形钢管与钢梁可组成稳定的体系，不需临时施工支撑即能承受施工其间的各种荷载。因此，比钢筋混凝土结构施工方便，可以缩短工期。

2．特点之二：矩形钢管与管内混凝土相互约束，具有相互支持作用。矩形钢管的承载力往往由局部稳定控制。在矩形钢管混凝土构件中，矩形钢管局部失稳的失稳模态受到管内混凝土的约束，管壁失稳的模态从两纵边接近简支变成两纵边接近固接，从而提高了矩形钢管的承载力。管内混凝土受到管壁特别是四个弯角区域的套箍作用，属于约束混凝土受力，混凝土的抗压强度也有提高。

3．特点之三：矩形钢管混凝土应按两阶段受力设计。施工阶段：所有施工荷载，混凝土的自重以及其他荷载均由矩形钢管承受，应按钢结构规范验算矩形钢管的强度、整体稳定、局部稳定和刚度。使用阶段：所有使用荷载、结构自重等均由矩形钢管混凝土承受，应按本规程规定验算矩形钢管混凝土的强度、整体稳定、局部稳定和刚度。

4．特点之四：矩形钢管混凝土比钢结构有较好的抗火性能，比混凝土有较好的抗震性能。

5．特点之五：矩形钢管混凝土结构的节点处理除应考虑传力时的强度、刚度和延性外，尚应考虑管内混凝土施工的方便和可能。

6．特点之六：矩形钢管混凝土结构的管内混凝土的施工应特别重视采用能确保管内混凝土质量的施工工艺和技术。

三．矩形钢管混凝土结构的材料

（一）矩形钢管

1．矩形钢管可采用：热扎火冷扎成形的直缝或螺旋形焊接管；钢板或型钢焊接成形的矩形管。焊缝可采用：高频焊，自动或半自动焊及手工对接焊缝。

2．钢材可采用Q235、Q345和Q390钢。应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度、冷弯试验、冲击韧性、硫磷含量限值的合格报告。碳含量应有不大于0.2%的合格保证。

（二）混凝土

1．管内混凝土宜采用普通混凝土，其强度等级不宜低于C30

2．对Q235钢管，宜配C30、C40混凝土

对Q345钢管，宜配C40、C50或C60混凝土

对Q390钢管，宜配C50、C60及以上混凝土

3．管内混凝土的水灰比、塌落度、粗骨料粒径应根据混凝土浇注施工工艺和钢管尺寸等条件确定。一般水灰比≤0.45，塌落度≥150mm

连接材料及材料的强度设计值应按钢结构设计规范、混凝土结构设计规范采用。

四．结构变形

1．矩形钢管混凝土结构房屋在风荷载作用下

顶点水平位移与总高度之比 ≤1/500

层间相对位移与层高之比 ≤1/400

2．在地震作用下

多遇地震（按弹性计算）： ≤1/400

罕遇地震（按弹塑性计算）： ≤1/60

一．构造的一般规定

1．矩形钢管混凝土构件的截面尺寸

最小尺寸 ≥100mm

钢管壁厚 ≥4mm

2．矩形钢管混凝土柱

计算长度65

截面最小尺寸3．矩形钢管混凝土受压构件中混凝土的工作承担系数c应满足：

0.1cfcAc0.7

fAsfcAcf,fc──钢材和混凝土的抗压强度设计值

As,Ac──钢管和钢管内混凝土的面积

4．矩形钢管混凝土构件的钢管管壁板件的宽厚比应小于或等于

翼缘b/t 腹板h/t

轴压

弯曲

60235fy

60235fy

6023560235fyfy60235fy压弯

01

300.921.72.8235fy

10

300.7421.442.8235fy



5．矩形钢管在施工阶段验算时，管壁板件的宽厚比应按钢结构设计规范的规定验算。当板壁中的最大应力1fy时，有关公式中的235fy应改为235R1

一．结构体系与结构分析

（一）结构体系

1．结构体系有：框架体系、框架─支撑体系、框架剪力墙体系、框架筒体体系、巨型框架体系和交错行架体系。

2．框架梁：宜采用钢梁或钢─混凝土组合梁，也可采用钢筋混凝土梁、钢行架或组合行架。

3．抗侧力构件可用：钢支撑、剪力墙板或混凝土剪力墙。

4．楼板：钢---混凝土组合梁和压型钢板组合楼板。也可采用预制板、带现浇层的叠合板或现浇混凝土楼板。

5．支撑宜在竖向连续布置，支撑与矩形钢管混凝土柱连接时，宜采用铰接构造。

6．采用矩形钢管混凝土框架的多层建筑，可设置或不设置地下室。当设置地下室时，框架柱宜伸至地下一层。

7．矩形钢管混凝土柱宜采用埋入式柱脚。

（二）结构分析

1．矩形钢管混凝土结构的内力和变形分析时，矩形钢管混凝土柱应采用组合弹性刚度。

轴向刚度

EAEsAsEcAc

弯曲刚度

EIEsIsEcIc

As、Is──矩形钢管的截面积和惯性矩；

Ac、Ic──管内混凝土的截面积和惯性矩；

Es、Ec──钢材和混凝土的弹性模量

2．进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中的框架梁的惯性矩按下列规定采用：

两侧有楼板的梁取 1.5Ib

仅一侧有楼板的梁取 1.2Ib

Ib为钢梁惯性矩。

3．矩形钢管混凝土柱的承载力采用简单的叠假原则计算。

4．矩形钢管混凝土柱中，钢管管壁板件的宽厚比符合（I）五之4的规定时，其局部稳定性可不验算。

5．钢—混凝土组合结构的构件和连接设计，应验算施工安装阶段的承载力、变形、局部稳定和整体稳定。此时不考虑混凝土的承载作用，按钢结构进行设计。

二．矩形钢管混凝土构件设计

（一）轴心受力构件的计算

1．轴心受压构件的强度应按下式计算

NNu

NufAsfcAc

2．轴心受压构件的稳定性应按下式计算

NNu

0.215时

10.652

0.215时

1220.9650.320.9650.3fyEs

2242

l0

rrIsIcEcEsfAsAcfc

3．矩形钢管混凝土轴心受拉构件的强度应按下式计算

N≤Asf

（二）单轴压弯、拉弯构件的计算

1．弯矩作用在一个主平面内的矩形钢管混凝土压弯构件的强度应按下式计算

NMM1c1，且1

NuMuMucfcAc

fAsfcAcNufAsfcAc

Mu0.5AsD2tdnBttdnf

dnAs2Bt

fcB2t4tf弯曲轴

2．弯矩作用在一个主平面内（绕x轴）的矩形钢管混凝土压弯构件

（1）应按下列公式计算弯矩作用平面内的稳定性

MxN1cxNuN10.8NEX且

Mux1

1

MxN10.8NEXMuxNEX2EsNu2

xf（2）应按下列公式计算弯矩作用平面外的稳定性

MxN1

Nu1.4Mux3．弯矩作用在一个主平面内的矩形钢管混凝土拉弯构件应按下式计算

NM1

fAsMu（三）双轴压弯、拉弯构件的计算

1．双轴压弯矩形钢管混凝土构件的强度应按下式计算

MyMxN1c1c1

NuMuxMuy且MxMy1

MuxMuy2．双轴压弯矩形钢管混凝土构件的稳定，应同时按下列公式计算

（1）绕主轴x轴的稳定性

xMxN1cxNuN10.8NEX且MuxyMy1.4Muy1

xMxN10.8NEXMuxyMy1.4Muy1

（2）绕主轴y轴的稳定性

yMyMNxx1cyNu1.4MuxN10.8NEYMuy1

且xMx1.4MuxyMyN10.8NEYMuy1

3．双轴拉弯矩形钢管混凝土构件应按下式计算

MxMyN1

fAsMuxMuy一．框架柱的设计要求

1．矩形钢管混凝土框架柱的计算长度应按钢结构设计规范取用

2．抗震设防的框架柱在框架的任一节点处，应满足

N1Nuk及

Mukb

Muk1cbMMukuk

Nuk───矩形钢管混凝土柱轴心受压时，截面抗压承载力标准值

NukfyAsfckAc

fy────框架柱钢材的屈服强度

fck───框架柱管内混凝土轴心抗压强度标准值

Muk───框架柱的全塑性受弯承载力标准值

Muk0.5AsD2tdnkBttdnkfy

dnkAs2Bt

fckB2t4tfybMuk───框架梁的全塑性受弯承载力标准值

3．抗震设防区的多、高层框架，采用矩形钢管混凝土柱时，矩形钢管混凝土工作承担系数

应符合

cc

c值

λ

20

30

40

N/Nu

≤0.6

0.50

0.45

0.40

0.7

0.48

0.43

0.38

0.8

0.47

0.42

0.37

0.9

0.475

0.425

0.375