钢结构设计-墙梁设计
钢结构设计(3)-檩条设计
1.5.1 檁条的截面形式
1.5.2 檁条的荷载和荷载组合
1.5.3 檁条的内力分析
1.5.4 檁条的截面选择
1.5.5 檁条的构造要求
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1.5.1
檁条的截面形式
热轧型钢
实腹式
截面 形式 格构式
H型钢
冷弯薄壁型钢
下撑式
平面桁架式
空腹式
实腹式檁条的截面形式
热轧型钢
My Mx f bxWex Wey
Wex、Wey—对两个形心主轴的有效截面模量； —梁的整体稳定系数，按规范规定 计算。
bx
变形计算 实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度。 对卷边槽形截面的两端简支檩条：
5 qkyl v 384 EI x
4
对Z 形截面的两端简支檩条 ：
强度计算
—按双向受弯构件计算 当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时，可按下列强 度公式验算截面：
Mx My f Wenx Weny
Mx 、 My
——对截面x轴和y轴的弯距；
Wenx、Weny ——对两个形心主轴的有效净截面模量
整体稳定计算 当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时(如 采用扣合式屋面板时)，应按稳定公式验算截面：
1.5.3
檩条的内力分析
设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷
载作用下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作 用，属于双向受弯构件（与一般受弯构件不同）。
在进行内力分析时，首先要把均布荷载分解为沿
截面形心主轴方向的荷载分量qx 、qy。
C型檩条在荷载作用下计算简图如下：
Y
q
当屋面坡度 i≤1/3时， qx值较小， 檁条近似为 单向受弯构 件。
檩条墙梁设计指南
墙梁檩条设计指南（Version 1.0 2010-5-5）第一部分计算参数的选取一、檩条部分1、屋面一般采用斜卷边Z形连续檩条。
当柱距≥12米，且屋面荷载较大时，可采用格构式檩条或高频焊接H型钢。
2、注意不是所有的屋面檩条都是5连跨，下列情况就需要考虑檩条的实际跨度：（1）屋顶通气器和屋顶天窗在端跨一般不设置（有时候第二跨也不设置），此时檩条为单跨简支（或两跨连续）；（2）屋面有横向采光通风天窗或顺坡通气器时，檩条可能会被打断，檩条应根据实际情况确定跨数；（3）檩条本身的跨数就少于5跨。
3、屋面材料选择时，若有吊顶，须选取“有吊顶”选项。
檩条仅支承压型钢板屋面时，挠度控制为l/200；有吊顶时，挠度控制为l/240。
4、屋面倾角：建筑图所标的是坡度，需要换算成角度。
有弧形屋面梁时，须考虑檩条倾角的不断变化。
5、拉条道数的设置：当檩条跨度≤4米时，一般不设置拉条；当檩条跨度>4米、≤6米时，一般在檩条跨中设置一道拉条；当檩条跨度>6米、≤9米时，一般设置两道拉条（三分点处）；当檩条跨度为12米时，一般设置三道拉条。
拉条均为双层拉条，同时约束檩条上、下翼缘。
6、檩条间距：檩条的间距一般控制在1.0~1.5米之间，常用的间距有1.2、1.4、1.5米。
檩条间距不得超过1.5米；对于屋面荷载较大的部位（例如高低垮处），局部檩条间距可以小于1米。
7、檩条搭接长度的取值：檩条搭接长度取跨长的10%（两边各5%）。
9米跨度一般取500mm，12米跨度一般取600mm。
8、截面选择：设计时尽量选择标准截面，常用的标准截面高度有：200、220、250mm，常用的标准截面厚度有2.0、2.2、2.5mm，若需选择非标准截面，可通过“檩条库”选项增加截面参数。
（标准截面详见《钢结构设计手册》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》）注意：（1）非标准截面的截面厚度不得大于3.0mm；（2）非标准截面的截面高度不宜大于280mm，若高度大于280mm，须采用加强措施，避免檩条侧向失稳。
钢结构墙梁设计
4 钢结构墙梁设计4.1 墙梁的选用4.1.1 钢结构单层工业建筑侧墙墙梁的布置应考虑设置门窗，挑檐遮雨篷等构件和围护材料的要求。
4.1.2 当侧墙采用压型金属板作围护面时，墙梁宜布置在刚架柱的外侧，其间距根据板型和规格确定，但不应大于计算要求的值。
4.1.3 墙梁型式一般采用卷边“C” 或“Z”形，或为轻型薄壁H 型钢，其厚度不应小于1.5mm，宜采用热浸镀锌，镀锌量为250～275g/m2（三点测试值）。
4.1.4 墙梁可设计成简支或连续构件，两端支承在焊接于刚架柱的支托上。
支托同第18.4.6条檩条支托，当墙面有条形窗或房屋较高且墙梁跨度较大时，墙架柱的数量应由计算确定，4.2 墙梁荷载4.2.1 竖向荷载包括墙体材料重量，玻璃窗重量（0.4～0.5KN/m2）,雨棚上的活荷载（屋面均布活荷载0.5KN/m2或雪荷载，有时还有积灰荷载），以及横梁自重。
4.2.2 水平风荷载其基本风压、风载体型系数和风压高度变化系数，均按《建筑结构荷载规范GB50009—2012》采用；对墙梁尚应考虑局部风压体型系数和阵风系数。
4.2.3 荷载组合（1）迎风面：1.2×竖向荷载+1.4×水平风压力荷载；（2）背风面：1.2×竖向荷载+1.4×水平风吸力荷载。
4.3 墙梁内力计算墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。
当荷载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产生的双弯扭力矩B（单侧挂墙板），如图4.3.1所示。
(a) 双侧挂墙板（b）双侧挂墙板（荷载偏心）4.3.1 墙梁受荷载情况4.3.1 竖向荷载作用下在竖向荷载q x作用下，墙梁产生弯矩M y，拉条作为一个支承点，按连续梁计算，构件计算简图及所产生弯矩图如图4.3.2所示。
4.3.2 墙梁受竖向荷载4.3.2 水平荷载作用下在水平风荷载q y作用下（迎风或背风），墙梁产生弯矩M x，构件计算简图及所产生弯矩图如图4.3.2所示。
墙梁计算书
-----------------------------------------------------------------------------| 冷弯薄壁型钢墙梁设计输出文件| | 输入数据文件: 11 | | 输出结果文件: 11 | | 设计时间: 11/16/2012 | -----------------------------------------------------------------------------===== 设计依据======建筑结构荷载规范(GB 50009--2001)冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002)门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102:2002)===== 设计数据======墙梁跨度(m): 6.800墙梁间距(m): 1.500设计规范: 门式刚架规程CECS102:2002风吸力下翼缘受压稳定验算：按附录E验算墙梁形式: 卷边槽形冷弯型钢C160X60X20X2.5墙梁布置方式: 口朝上钢材钢号：Q235钢拉条设置: 设置两道拉条拉条作用: 能约束墙梁外翼缘净截面系数: 1.000墙梁支承压型钢板墙,水平挠度限值为1/100墙板能阻止墙梁侧向失稳构造能保证风吸力作用墙梁内翼缘受压的稳定性墙梁支撑墙板重量单侧挂墙板墙梁上方一侧板重(kN/m) : 0.300每米宽度墙板的惯性矩(m4): 0.200000E-06建筑类型: 封闭式建筑分区: 中间区基本风压: 0.400风荷载高度变化系数: 1.000迎风风荷载体型系数: 1.000背风风荷载体型系数: -1.100迎风风荷载标准值(kN/m2): 0.400背风风荷载标准值(kN/m2): -0.440===== 截面及材料特性======墙梁形式: 卷边槽形冷弯型钢C160X60X20X2.5b = 60.000 h = 160.000c = 20.000 t = 2.500A = 0.7480E-03 Ix = 0.2881E-05 Iy = 0.3596E-06It = 0.1559E-08 Iw = 0.1888E-08Wx1 = 0.3602E-04 Wx2 = 0.3602E-04 Wy1 = 0.1947E-04 Wy2 = 0.8660E-05钢材钢号：Q235钢屈服强度fy= 235.000强度设计值f= 205.000考虑冷弯效应强度f'= 220.348===== 设计内力======-------------------------| 1.2恒载+1.4风压力组合|-------------------------绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx = 4.855绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My = 0.221水平剪力设计值(kN) : Vx = 2.856竖向剪力设计值(kN) : Vy = 0.585-------------------------| 1.35恒载|-------------------------绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx1 = 0.000绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My1 = 0.249水平剪力设计值(kN) : Vx1 = 0.000竖向剪力设计值(kN) : Vy1 = 0.659-------------------------| 1.2恒载+1.4风吸力组合|-------------------------绕主惯性轴强轴弯矩设计值(kN.m): Mx2 = -5.341绕主惯性轴弱轴弯矩设计值(kN.m): My2 = 0.221水平剪力设计值(kN) : Vxw = 3.142竖向剪力设计值(kN) : Vyw = 0.585-----------------------------------------------------------------------------===== 风压力作用验算======抗弯控制组合：1.2恒载+1.4风压力组合有效截面特性计算结果:全截面有效。
冷弯型钢檩条和墙梁的设计特点
§5-6冷弯型钢檩条和墙梁的设计特点冷弯薄壁型钢（cold-formed steel）系由带钢或钢板经辊轧、模压冷弯或冷拔成型，由于薄壁和截面开展，其回转半径较普通型钢截面要大，因此比较经济。
本节仅介绍应用较多的冷弯型钢檩条和墙梁的设计特点，有关冷弯薄壁型钢结构的特点，详见§6-8。
5.6.1 冷弯型钢檩条的设计特点冷弯型钢檩条（cold-formed steel purlins）较热轧型钢檩条能够较好的节约材料，目前在钢结构中应用较多。
常用的冷弯型钢檩条有Z型和C型两种截面形式，如图5.6.1所示。
檩条一般垂直于屋面坡度放置，在屋面荷载作用下绕截面的两个主轴弯曲，如果荷载作用线不经过剪力中心，还将产生扭矩。
但一般屋面的拉结体系能起到阻止檩条扭转的作用，故可不考虑扭矩的影响按双向压弯构件设计。
图5.6.1 冷弯型钢Z型和C型檩条图5.6.2 拉结体系布置为减小檩条在使用期间和施工过程中的侧向变形和扭转，当檩条跨度超过4米时应在檩条之间设置拉条及撑杆，拉条必须张紧，以保证传递拉力。
跨度在4~6米时可在跨中设置一道拉条，超过6米时在三分点处设置两道拉条。
跨度6米时可视荷载大小设一道或两道拉条。
拉条必须连到可以作为不动点的屋架节点或檩条上，所以在屋脊处要把两坡向上的脊檩用缀板相连以增强其刚度。
图5.6.2为檩条拉结体系的典型布置方案，该体系可起到檩条的侧向支承作用。
为了便于安装和阻止檩条在支承处的扭转，檩条和屋架的连接宜采用檩托，如图5.6.1所示檩托通常用角钢制作，其垂直肢的高度不宜小于檩条截面高度的3/4。
檩条端部与檩托的连接螺栓不宜少于2个，尽可能沿高度方向布置。
对于冷弯型钢檩条，应按有效截面验算其强度和整体稳定。
如果屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转，可仅按下式计算其强度，无需验算其稳定性。
否则应按公式5.6.2验算其稳定性：5.6.2冷弯型钢墙梁的设计特点Z型和C型冷弯型钢也常用作墙梁（wall girts），与热轧槽钢、角钢或工字钢墙梁相比，可省钢30%左右。
墙面C型墙梁计算技术手册
墙面C型墙梁计算技术手册墙面C型墙梁计算主要遵循《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002 及《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002 中相关规定。
C型墙梁开口默认为向下。
墙梁主要承受水平风荷载，宜将其刚度较大主平面置于水平方向。
墙梁可设计成简支或连续构件，两端支承在刚架柱上。
当墙梁有一定竖向承载力，墙板落地，且墙梁与墙板间有可靠连接时，可不设中间柱，并可不考虑自重引起的弯矩和剪力。
若有条形窗或房屋较高且墙梁跨度较大时，墙架柱的数量应由计算确定；当墙梁需承受墙板重及自重时，应考虑双向弯曲。
两侧挂板墙梁和一侧挂板、另一侧设有可阻止其扭转变形的拉杆的墙梁，可不计弯扭双力矩的影响（即可取B=0），其他情况下需按实际情况计算双力矩的影响。
当墙梁跨度大于4m时，宜在跨中设置一道拉条；当墙梁跨度大于6米时，可在跨间三分点处各设置一道拉条。
拉条承担的墙体自重通过斜拉条传至承重柱或墙架柱，一般每隔5道拉条设置一对斜拉条，以分段传递墙体自重。
当墙板的竖向荷载有可靠途径直接传至地面或托梁时，可不设置拉条。
圆钢拉条直径不宜小于10mm，所需截面面积应通过计算确定。
当外侧设有压型钢板的实腹式刚架柱的内侧翼缘受压时，可沿内侧翼缘设置成对的隅撑，作为柱的侧向支承。
隅撑的另一端连接在墙梁上。
外侧设有压型钢板的墙梁在风吸力作用下的稳定性，可按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录E的规定计算。
墙梁设计时，不应考虑隅撑作为墙梁的支承点。
当墙梁仅支承压型钢板、瓦楞铁墙面时，其水平挠度限值为L/15 0（轻钢结构仅压型钢板墙面时可放大至L/100）；当墙梁位于窗洞顶部时，其水平及竖向挠度限值为L/200；当支承砌体墙时，水平挠度限值为L/180，且不大于50mm。
当仅为压型钢板时，竖向挠度不得大于10mm。
C型墙梁截面特性计算：根据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002附录B.2. 6向内卷边槽钢：注：C型墙梁为横向放置，且开口向下，注意坐标轴的变换。
钢结构设计(4)-墙梁设计
Wefnx Wefny W
Wefnx －对主轴x的有效净截面抵抗矩 Wefny－对主轴y的有效净截面抵抗矩 W －截面的毛截面扇性抵抗矩。
▪ 剪应力验算
x
3Vx max 4b0t
fv
y
3Vy max 2h0t
fv
f v --钢材的抗剪设计强度；
，V Vxmax y max --墙梁在x、y方向承担的剪力最大值；
墙梁的间距取决于墙板板型和规格等，一般墙梁的 间距取1－1.5米左右;遇有窗口位置等情况作特殊 处理;墙梁宜布置在刚架柱的外侧。
1.6.2 墙梁荷载
▪ 荷载
x
1.竖向荷载—墙板自重和墙梁自重
2.水平荷载－风荷载
y
y
▪ 荷载组合
x
双侧挂墙板
1.竖向荷载＋水平风荷载（迎风）
2.竖向荷载＋水平风荷载（背风）
▪ 刚度验算: l0 imin F
——拉杆长细比容许值
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墙梁设计－小结
▪ 墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、
撑杆、以及墙面板等组成。
▪ 墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。 ▪ 墙梁截面验算包括：正应力验算，剪应
力验算，整体稳定验算以及刚度验算。
▪ 柱间支撑的布置与计算。
支撑,以组成几何不变体系.
柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组 成的T型截面、圆钢管截面。
柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可 以布置成十字型或者八字型。
柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风 荷载，增加房屋整体刚度。
十字型支撑
八字型柱间支撑
八字型柱间支撑节点构造
节点板 圆管支撑
柱间支撑连接节点详图
通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方向
墙梁设计例题
墙梁设计（1）设计资料刚架跨度18m ，高度9.6m ，屋面坡度1/9， 6.34o α=，房屋维护墙采用双层彩色压型钢板内填聚苯乙烯泡沫夹芯板，柱距6m, 墙梁间距s=1.2m ，中点位置设置一道拉条。
墙梁采用薄壁C 形钢，钢材采用Q235B ，2f=205N/mm ,抗剪强度设计值2v 120/f N mm =。
焊条采用E43型。
墙板采用单侧挂板。
结构布置见图所示。
（2）荷载情况竖向荷载（自重） 20.19KN/m水平荷载（风载）2k 0 1.780.8 1.00.45 1.050.64KN/m z z s ωβμμω==⨯⨯⨯⨯=（3）内力计算0.19 1.2 1.20.276KN/m x q =⨯⨯=0.64 1.4 1.2 1.08KN/m y q =⨯⨯=对于x 轴22x M /8 1.086/8 4.86KN.m y q l ==⨯=对于y 轴，檩条跨中设有一道拉条，考虑为侧向支承点，则跨中负弯矩为：22y M /320.2766/320.311KN.m x q l ==⨯=（4）截面选择及其截面几何特性选用薄壁卷边C 形钢截面尺寸为C1807020 2.5⨯⨯⨯，截面几何特性如下： 2848A mm =，434.66910x W mm =⨯，43max 2.58210y W mm =⨯，43min 1.11210y W mm =⨯，70.4x i mm =，644.20210x I mm =⨯，25.3y i mm =，545.44210y I mm =⨯，341.76710t I mm =⨯，963.49210w I mm =⨯，051.0e mm =，021.1x mm =（5）有效截面计算180 2.57 3.070h b ==<，7028312.5b t ==<=，且2082.5a t ==，故檩条全截面有效。
（6）正应力验算墙梁在竖向荷载和水平荷载作用下的正应力验算，本设计设置的拉条能确保阻止墙梁扭转，因此不计算B 。
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1.6.1 墙梁的构造要求 1.6.2 墙梁的荷载 1.6.3 墙梁内力计算 1.6.4 墙梁截面验算 1.6.5 柱间支撑的布置与计算
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➢ 墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、 以及墙面板等组成。
➢ 墙梁主要承受由墙板传递的水平风荷载及墙板 和墙梁竖向自重。拉条的作用主要是承受墙梁 竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。
➢ 墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢 截面形式。
墙梁布置：墙梁的布置，应考虑设置门窗、 挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。
墙梁布置实例
墙梁 岩棉保温材料
墙梁 墙梁支架
墙梁
拉条
窗洞支架 墙梁支架
1.6.1 墙梁的构造要求
轻型墙体结构的墙梁宜采用卷边槽形或斜卷边的 冷弯薄壁型钢。
均不大于墙梁的容许挠度，即：
max
—墙梁的容许挠度，具体数值见《钢
结构设计规范》
1.6.5 柱间支撑的布置与计算
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS规定：
门式刚架轻型房屋钢结构在每个温度区段或分期建设的区 段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
十字型柱间支撑
八字型支撑
上柱柱间支撑
Mx My B f
nx Wefny W
Wefnx －对主轴x的有效净截面抵抗矩 Wefny－对主轴y的有效净截面抵抗矩 W －截面的毛截面扇性抵抗矩。
▪ 剪应力验算
x
3Vx max 4b0t
fv
y
3Vy max 2h0t
fv
f v --钢材的抗剪设计强度；
，V Vxmax y max --墙梁在x、y方向承担的剪力最大值；
支撑,以组成几何不变体系.
柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组 成的T型截面、圆钢管截面。
柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可 以布置成十字型或者八字型。
柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风 荷载，增加房屋整体刚度。
十字型支撑
八字型柱间支撑
八字型柱间支撑节点构造
节点板 圆管支撑
柱间支撑连接节点详图
墙梁的间距取决于墙板板型和规格等，一般墙梁的 间距取1－1.5米左右;遇有窗口位置等情况作特殊 处理;墙梁宜布置在刚架柱的外侧。
1.6.2 墙梁荷载
▪ 荷载
x
1.竖向荷载—墙板自重和墙梁自重
2.水平荷载－风荷载
y
y
▪ 荷载组合
x
双侧挂墙板
1.竖向荷载＋水平风荷载（迎风）
2.竖向荷载＋水平风荷载（背风）
通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方向
向下），墙梁主要承担水平风荷载。
x 双侧挂板 A qx
qx
x 单侧挂板
A
yqy 风荷载
o
y
yqy
风荷载
o
y
x
x
(a)双侧挂墙板
(b)单侧挂墙板
▪ 墙梁槽口的朝向应视具体情况而定：槽口向上，便
于连接，但容易积灰积水，钢材易锈蚀；槽口向下， 不易积灰积水，但连接不便。
柱
角钢支撑杆
节点板
节点板
角钢支撑杆
圆管支撑 圆管钢柱
柱间支撑节点构造 节点板
圆管支撑 扁钢连接件
▪ 柱间支撑受力分析
柱间支撑斜杆按拉杆设计，如图所示，当杆件受压时 退出工作，另一个斜拉杆承载。
F
F
压杆
拉杆
F
F
拉杆
压杆
➢ 柱间支撑计算
▪ 按拉杆设计，所受拉力为：Nt F sin
▪ 强度验算: Nt A f F
下柱柱间支撑
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柱间支撑的布置原则：
柱间支撑的间距应根据房 屋纵向受力情况及安装条 件确定，一般不宜大于 4560 m；
▪ 当房屋高度较大时，柱间
支撑宜分层设置；
▪ 端部柱间支撑考虑温度应
力影响宜设置在第二柱间， 同时在第一开间的相应位 置应设置刚性系杆。
▪ 在设置柱间支撑的开间,宜同时设置屋盖横向
▪ 在水平风荷载 q y作用下（迎风或背风），墙梁产
生弯矩的计算简图：
qy
Mx
➢y
➢x
➢A
➢o ➢y
➢x 双侧挂墙板
1.6.4 墙梁截面验算
▪ 首先根据墙梁跨度、荷载和拉条设置情况，初
选墙梁截面，然后对墙梁截面进行验算。
▪ 截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整
体稳定验算以及刚度验算。
▪ 正应力验算
▪ 刚度验算: l0 imin F
——拉杆长细比容许值
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墙梁设计－小结
▪ 墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、
撑杆、以及墙面板等组成。
▪ 墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。 ▪ 墙梁截面验算包括：正应力验算，剪应
力验算，整体稳定验算以及刚度验算。
▪ 柱间支撑的布置与计算。
1.6.3 墙梁内力计算
▪ 墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载
未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产
生的双弯扭力矩B（单侧挂墙板）。
qx
x
A
yqy
o
y
x
(b)单侧挂墙板
▪ 在竖向荷载 qx 作用下，墙梁产生弯矩 M y ，拉
条作为一个支承点，按连续梁计算，如下图所示。
qx
My
墙架结构中拉条的布置
b0 ，h0 --墙梁沿x、y方向的计算高度；
t --墙梁壁厚。
➢ 整体稳定验算
▪ 对于单侧挂墙板的墙梁在背风风载时，尚需
计算其整体稳定性。
Mx My B f
W bx efx Wefy W bx — 单向弯矩 M x 作用下墙梁的整体稳定 系数。
➢ 刚度验算
▪ 分别验算墙梁在竖向和水平方向的最大挠度