轻型房屋钢结构设计讲座 （Ⅰ）设计基本规定及荷载
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 市区
5 1.17 0.80 0.38 (0.54) 10 1.38 1.00 0.53 (0.71) 15 1.52 1.14 0.65 (0.84) 20 1.63 1.25 0.74 (0.94) 30 1.80 1.42 0.90 (1.11) *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 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 焊接方法和厚度或直焊缝质量为下列级别钢号 焊条型号 径（mm） 抗压 时，抗拉和抗弯ftw 一、二级 三级 自动焊，半自动焊，二氧化碳气体215 215 185 ≤16 Q235 205 205 175 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 ≤16 Q345 300 300 255 17~35 保护焊和E50XX型焊条的手工焊 350 350 300 自动焊，半Q390 ≤16 335 335 285 抗剪fvw 角焊缝 抗拉、抗压和抗剪ftw 125 120 160 160 185 175 200 200 205 195 220 220