轻钢墙板与立柱设计
本文介绍StatiCAD轻钢（冷弯薄壁型钢）剪力墙板模块的使用方法。该模块进行两项基本验算：墙板的覆面板抗剪承载力（TBDY 2018），以及墙板框架中立柱的轴向压力与平面外风致弯曲验算（按HCBTİE第4章的有效宽度法 — EGM；YDKT或GKT）。内力取自程序的分析结果；计算结果显示在分析警告中，并以土耳其语/英语计算报告的形式给出。
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适用于哪些版本？ 轻钢计算包含在 StatiCAD Ultimate 版本中。墙板数据在所有版本中均随项目一同保存。
1. 总体流程
- 按常规方式绘制墙体，并打开**墙体属性（Duvar Özellikleri）**窗口。
- 在设计类型中勾选**“轻钢墙板”**选项。
- 在**轻钢墙板（Hafif Çelik Paneli）**选项卡中输入覆面板和立柱信息（第2节），并点击“确定”保存。
- 对于外立面的墙板，请在墙体属性的边轴线复选框（上/下/左/右边轴线）中勾选相应项；风致弯曲仅在这些墙体中计算（第5节）。
- 在**项目总体设置（Proje Genel Ayarları）**中检查设计方法（YDKT/GKT）、风速压力和立柱挠度限值（第5节和第6节）。
- 运行分析。墙板抗剪承载力和立柱验算在分析过程中自动计算；不满足要求的情况会显示在分析结束后的警告列表中（第8节）。
- 在**报告选择（Rapor Seçimi）窗口的“报告”选项卡树中，勾选“轻钢构件报告（Hafif Çelik Eleman Raporları）”**组及其子报告，然后生成报告（第9节）。
2. “轻钢墙板”选项卡的输入项
| 输入项 | 说明 | 默认值 |
|---|---|---|
| 左/上侧墙板有覆面板 | 墙板左（上）侧表面是否设有覆面板 | 有 |
| 右/下侧墙板有覆面板 | 墙板右（下）侧表面是否设有覆面板 | 有 |
| vc,左、vc,右（kN/m） | 覆面板单位长度的特征抗剪强度（取决于板材类型、螺钉直径和间距；选项卡中的说明给出了TBDY表10.5的典型值） | 10.2（11 mm OSB） |
| 立柱型材（C / Sigma） | 墙板立柱所用的冷弯薄壁型钢截面；列表由安装时附带的型材表填充 | 空（由用户选择） |
| 立柱间距 s（mm） | 中间立柱的轴线间距 | 600 |
| 边立柱数量 n | 墙板每一端的立柱数量；倾覆力在这些立柱之间分配 | 2 |
不含这些输入项的旧项目文件无需修改即可打开；这些字段将采用默认值。
3. 墙板抗剪承载力（TBDY 2018）
对每个轻钢墙板，计算有覆面板一侧（或两侧）的抗剪承载力：
Vc = 0.6 · vc · L（L：墙长）
- 在 2 ≤ h/L ≤ 4 范围内，承载力乘以系数 2L/h 折减；h/L > 4 或 L < 0.30 m 时，该墙板不计入抗剪承载力。
- 仅单侧有覆面板时取该侧的承载力；两侧均有覆面板时，覆面板相同则取两侧之和，覆面板不同则采用 max(2·较小值, 较大值) 的规则。
计算结果在楼层剪力分配中作为墙板的水平承载力予以考虑，并在报告中按墙板逐项列出。
4. 立柱验算（EGM — HCBTİE第4章）
4.1 作用效应
分析针对每个墙板，在所有荷载组合下得出墙体平面内剪力（V）与竖向轴力（N）的包络；起控制作用的组合名称显示在报告中。立柱的作用效应由该包络导出：
| 构件 | 轴向作用效应 | 说明 |
|---|---|---|
| 中间立柱 | Nara = N · s / L | 竖向荷载按受荷面积分配的份额 |
| 边立柱 | Nkenar = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ] | 受荷面积份额 + 倾覆力矩产生的端部力除以边立柱数量后的份额。Cd 是同一分配方式下、将地震作用乘以超强系数D放大后逐组合计算的结果（TBDY 10.4.1.1(a)）；以较大者为准。报告中在作用效应旁标注“(D ile)”或“(zarf)”。 |
4.2 承载力
对所选截面，用EGM求得轴向压力承载力（Pd）：局部屈曲（有效宽度）、畸变屈曲和弯扭（整体）屈曲各行中的最小值起控制作用。屈曲长度：
- 强轴：Lx = 墙板高度 h。
- 若至少一侧有覆面板，则弱轴和扭转取 Ly = Lz = 立柱间距 s，并认为侧向扭转屈曲受到约束；无覆面板时 Ly = Lz = h。
毛截面特性（A、Ix、Iy）取自型材表中的厂家目录值；扭转常数、剪切中心和翘曲常数由截面几何自动计算。对于有覆面板的墙板，起控制作用的行大多是畸变屈曲；畸变临界应力按HCBTİE 4.10.3.3的一般方法计算，若选择则采用有限条法计算（见理论基础）。
每个墙板的边立柱和中间立柱分别单独验算。计算两个比值，取较大者作为控制比值，据此作出“Yeterli（满足）/ YETERSİZ（不满足）”的判定：
- 轴向比 = PEd/Pd（所有荷载组合的包络），
- 风荷载组合比 = P/Pd + M/Md（仅限外墙；HCBTİE式4.8.4）。
5. 平面外风致弯曲与挠度
设有边轴线标记的（外）墙，其立柱在垂直于墙面的风压作用下，按简支梁弯曲：
- w = max(0.8 · q ; 0.5) kN/m²（0.8：TS 498压力系数；0.5 kN/m²：HCBTİE特征风荷载下限）
- M = γW · w · b · h² / 8（b：中间立柱取 s，边立柱取 s/2；考虑二阶效应放大）
q 即 项目总体设置 → 荷载组合 选项卡中的 “风荷载（Rüzgar Yükü）” 输入框；应按TS 498输入与建筑高度相应的数值（0–8 m：0.5；8–20 m：0.8；20–100 m：1.1 kN/m²）。同一选项卡中的雪荷载计入风荷载组合的轴向力。风荷载组合 — YDKT：1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W 和 1.2G + 1.6S + 0.8W；GKT：G + 0.75Q + 0.75S + 0.45W 和 G + 0.6W。
若项目中没有任何轻钢墙板被标记为外墙，分析警告列表中会出现相应说明的一行；风致弯曲不会被默默略去。若未输入 q，或其低于与墙板顶标高高度对应的TS 498取值，同样会给出警告（q 不会被程序修改）。
挠度验算：对外墙立柱，用风荷载标准值计算平面外挠度，并验算 δ ≤ h/K。挠度按使用阶段弯矩下的有效截面惯性矩计算（HCBTİE 4.9.5）；对于薄柔截面，其结果可能大于按毛截面惯性矩计算的值。K 从项目总体设置 → 规范选择选项卡中**“轻钢构件设计方法（Hafif Çelik Eleman Tasarım Yöntemi）”框内的立柱挠度限值**列表中选取（h/120、h/200、h/240（默认）、h/300、h/360）。由于HCBTİE未给出专门针对立柱的限值，应由工程师根据覆面板类型做出选择：柔性覆面板常用 h/120，石膏板或OSB覆面板常用 h/240，抹灰或瓷砖饰面常用 h/360。结果单独写在报告的“Sehim（挠度）”行中；若超限，则该立柱视为不满足。
6. 设计方法：YDKT / GKT
在项目总体设置 → 规范选择选项卡中（建筑类型选为轻钢时，或项目中存在轻钢墙板时显示），通过**“轻钢构件设计方法”**框选择，并随项目一同保存：
| 选项 | 承载力 | 荷载组合 |
|---|---|---|
| YDKT（默认） | φc = 0.85，φb = 0.90（HCBTİE） | 采用程序的组合；含地震的组合中以 1.2G 代替 G；此外，HCBTİE 4.3.1的竖向组合（1.4G；1.2G + 1.6Q + 0.5S；1.2G + 1.6S + Q）由单独的 G/Q/S 结果生成并加入包络。 |
| GKT | Ωc = 1.80，Ωb = 1.67（AISI S100） | 程序的组合转换为其GKT对应形式；此外，G + Q、G + S、G + 0.75Q + 0.75S，以及含地震组合的 G + 0.7E 形式也加入包络。 |
HCBTİE仅规定了YDKT；GKT选项仅用于对比和初步选型。正式计算请使用YDKT。旧项目以YDKT方式打开。
7. 覆面板的转动约束（kφ）
OSB或胶合板覆面板约束立柱翼缘的转动，从而提高畸变屈曲承载力（HCBTİE 4.10.3.3，AISI S240）。若未输入数据，则取 kφ = 0。
- 在 墙体属性 → 轻钢墙板 选项卡中的 “覆面板对立柱的转动约束” 框内，输入左、右两侧的板材类型（未定义 / 石膏板 / OSB / 胶合板 / 用户 kφ）、板的抗弯刚度（0 = 该类型的默认值）、螺钉间距，以及仅“用户 kφ”时的 kφ。计算时取两侧中较小者：若其中一侧为石膏板、未定义或无覆面板，则 kφ = 0。
- 条件：螺钉间距 ≤ 305 mm 且立柱间距 ≤ 625 mm；否则取 kφ = 0，并在报告中注明原因。石膏板不计入承载力计算。
- 报告的立柱说明中给出每一侧的 kφ 值或取零的原因，以及所采用的数值。
8. 分析警告
| 警告 | 含义 / 应采取的措施 |
|---|---|
| “… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi” | 墙板选项卡中未选择立柱型材。请在 墙体属性 → 轻钢墙板 选项卡中选择型材。 |
| “… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)” | 相应立柱的控制比值超过1。请选用更大或更厚的型材、减小立柱间距，或增加边立柱数量。 |
| “Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …” | 因没有任何墙板被标记为外墙，未计算风致弯曲。对立面墙板请勾选边轴线复选框。 |
| “… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)” | 外墙立柱的平面外挠度超过所选限值。请选用刚度更大的型材、减小立柱间距，或在与覆面板类型相符时重新审视该限值。 |
| “Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …” | 请在 项目总体设置 → 荷载组合 → 风荷载 中输入与建筑高度相应的数值。 |
9. 报告
在 报告选择 → 报告 选项卡的树中有**“轻钢构件报告”**组（项目中存在轻钢墙板时显示）：
- **轻钢墙板设计（Hafif Çelik Panel Tasarım）：**按墙板列出覆面板信息、h、L、vc 输入项和覆面板抗剪承载力。
- **轻钢立柱设计（Hafif Çelik Dikme Tasarımı）（EGM）：**逐层、逐墙板给出 — 墙板名称与型材、几何（h、L、s、n）、设计方法与风压、包络内力（含控制组合名称）、边立柱与中间立柱的作用效应、承载力、轴向比、控制比值和状态；外墙还有风荷载组合行和挠度；锚固和墙板抗剪行；计算假定说明。
- **轻钢梁设计（Hafif Çelik Kiriş Tasarımı）（EGM）和轻钢柱设计（Hafif Çelik Kolon Tasarımı）（EGM）：**若项目中有此类构件（参见轻钢梁与柱设计）。
报告按程序语言设置以土耳其语或英语生成；分析完成后通过“生成所有选定报告”获取，并可导出为PDF/DOCX。
10. 常见问题
墙板抗剪承载力显示为0。 可能是 h/L > 4 或 L < 0.30 m，或者两侧均未勾选覆面板。在旧项目中，覆面板强度可能沿用旧的默认值（2.7 kN/m）；请在选项卡中核对。
立柱型材列表为空，或只显示Sigma型材。 型材从安装目录中的HafifCelikProfil.txt文件（527种型材）加载。若找不到该文件，则使用备用的HafifCelikSigma.txt（90种Sigma型材）；两者都没有时列表为空。请重新安装更新。
新建的轻钢墙体中立柱型材为空。 型材由用户选择：墙体属性 → 轻钢墙板 → 立柱型材。若不选择，分析会给出警告。
报告中没有风荷载组合行，而是写着“iç duvar”（内墙）。 该墙体未被任何边轴线复选框标记。若是立面墙体，请在墙体属性中勾选相应的边轴线，然后重新分析。
边立柱的作用效应旁标有“(D ile)”。 根据TBDY 10.4.1.1(a)，边立柱的作用效应也按用超强系数D放大的地震组合计算；对于多层建筑，还考虑上部楼层累积的倾覆力矩。若比值不满足，请增加边立柱数量或加大型材。
报告脚注中有“Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)”（边缘加劲件）的说明。 卷边不足以使翼缘完全加劲；翼缘的板屈曲系数和有效宽度已按规范折减。若选用壁厚更大或卷边更长的型材，折减会变小。
为什么有覆面板的墙板中起控制作用的行总是畸变屈曲？ 覆面板将弱轴和扭转屈曲限制在立柱间距范围内；对于薄壁截面，在这种情况下最低的承载力通常由畸变屈曲给出。输入覆面板的转动约束（第7节）并采用有限条法选项（用于Sigma截面）可更真实地计算该承载力。