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干货！冷弯薄壁型钢房屋中H型钢梁柱设计要点

常见的轻钢房屋类型有钢框架体系及冷弯薄壁型钢建筑体系。

钢框架结构体系以H型钢或矩形钢管做为梁、柱，以梁柱组成纵横两个方向的框架形成的结构体系。它同时承受竖向荷载和水平荷载。其主要优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理比较方便。可应用于办公楼、学校等公共建筑。

 

冷弯薄壁型钢结构体系是一种密肋型板墙体系，源于轻木结构。该体系以上下对齐的“肋”（间距一般为400~600 mm的冷弯型钢墙柱、楼盖梁和屋盖梁）承受竖向荷载，以“板”（各类剪力墙板）抵抗水平荷载，“肋”同时可作为“板”的加劲件。

相比于上述钢框架结构体系，冷弯薄壁型钢结构体系具有加工及施工简单等优点，在低层建筑领域有较广泛的应用，但冷弯薄壁型钢构件截面小，当底层因功能需要大空间，如会议室，大门厅时，仅依靠冷弯薄壁型钢构件难以满足计算要求。当在冷弯薄壁型钢房屋中局部采用H型钢梁柱时，应该如何计算？本文结合力学相关原理及工程设计经验，在此给出设计建议。

房屋结构除了需抵抗自重，楼面的家具、人流荷载等竖向力外，还需要抵抗风荷载及地震荷载产生的水平侧向力，风荷载及地震荷载都属于动力荷载，在低层建筑中，通常简化为静力荷载计算。首先了解一下房屋结构抗侧力的几种体系：

如上图所示，三根杆件互相铰接且与基础铰接，在水平力的作用下保持稳定，这就是我们熟悉的三角形稳定原理。但我们局住的房屋不可能像金字塔一样，应该是矩形的。

 

如果是矩形，节点间仍是铰接，显然上述矩形在水平力的作用下会变成平行四边形，不能抵抗水平力。

如果要让矩形具备抵抗水平力的能力，可以在矩形对角线加设交叉的杆件，在门式刚架厂房经常看到这种斜撑。

也可在杆件四周围成的区域蒙一块薄钢板，这种体系就是我们在冷弯薄壁型钢房屋中的主要抗侧力体系，冷弯薄壁型钢房屋建筑是由墙体来抗侧力，抗剪墙由密肋型立柱及蒙皮板（OSB板、水泥纤维板、薄钢板）组成。

也可将矩形的上部两个角由铰接变成刚接，杆件间不能相对转动，这样就成了框架结构体系，在水平力作用下，其变形如下图：

 

门式刚架在横向一般是这种抗侧力体系，在纵向一般是 种交叉斜撑抗侧力体系。

在冷弯薄壁型钢房屋中加设一榀H型梁柱，首先要确定这榀梁柱是否承担侧向力，两种的计算方式有所不同，先看不承担侧向力的情况：

当房屋两个方向没有门窗洞口的墙体足够多，仅有局部房间大开间时，可假定侧向力全部由抗剪墙体承担，此时柱与基础，柱与梁计算均可按铰接，计算可用PKPM工具箱基本构件柱模块计算、简支梁模块计算，柱应考虑梁柱连接节点偏心产生的附加弯矩。柱平面内、平面外计算长度均可取基础顶部至冷弯薄壁型钢楼面梁顶部的距离，梁平面外计算长度可取两倍冷弯薄壁型钢楼面梁间距，由于梁的 弯矩在跨中部位，因此梁的净截面系数可取1。柱以受轴力为主，截面可采用小截面矩形钢管，不凸出墙面。

本工程为二层办公楼，除大厅外两个方向墙体较多，大厅左右的墙体间距8.4米，不适合用冷弯薄壁型钢楼面梁，设计时在两道墙体上加3榀钢架，考虑到悬挑雨篷，在入口轴线上的柱采用H型钢，型钢结构布置如下图：

再看H型钢梁柱承担侧向力的情况，如果建筑在某一方向墙体较少，或两侧墙体布置极不均匀，应考虑梁柱承担侧向力，即梁柱节点刚接，否则可能导致建筑物抗剪承载力不足或地震时产生明显的扭转效应。

如图所示为某二层党群服务中心的一层布置图，X方向墙体明显偏少，且中间墙体偏向下部，此时应考虑梁柱承担侧向力。

 

如图所示，在二层墙体对应位置处布置一榀梁柱，梁柱刚接，为减小基础造价，柱与基础铰接，计算时可采用PKPM框排架计算模块，根据受荷面积计算出梁上的线荷载，在计算左风时，左侧梁柱节点力可按基础以上至屋顶受风面积*基本风压*0.8（体型系数），右侧梁柱节点力可按基础以上至屋顶受风面积*基本风压*0.5（体型系数），当屋面为坡屋面时，应将墙面与屋面分开计算体型系数及受风面积。并考虑水平地震作用。

梁柱的平面外计算长度设置同梁柱铰接，梁柱的刚接节点采用栓焊结合的方式，梁的净截面系数可取0.85。钢柱一般仅考虑单方向平面内受力，因此宜采用H型钢。

 

上述计算方法忽略了楼板刚度对于水平力分配的影响，也可按楼板刚性楼盖假定，计算出抗剪墙及钢框架的等效抗侧刚度，房屋受到的总风力及总地震力，按刚度分配水平力， 取两种计算方法的包络值。

综上所述，在冷弯薄壁型钢房屋局部大空间中采用H型钢梁柱时，梁柱铰接时连接构造简单，柱截面小，可以隐藏在墙体内。当房屋两个方向墙体布置较多且均匀时，宜优先采用此方案；当墙体平面布置不满足要求时，应采用梁柱刚接方案。为便于采购，成品H型钢设计时应选用Q235强度等级。

 

 

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