算例：带斜撑的轻钢墙板
1. 关于本文
本文逐步介绍在StatiCAD轻钢模块中如何定义带斜撑的墙板体系（TBDY 2018 10.4.2，10.4.3）、如何验算斜撑连接，以及如何根据警告改进设计。起始模型是算例：两层轻钢建筑一文中详细介绍的两层住宅；这里把该建筑的部分墙由覆面墙板改为钢带斜撑墙板。项目设置、楼板、过梁和覆面墙板与前一个算例相同；只介绍带斜撑墙板特有的步骤。
输入通过界面（墙体属性，多选）完成；文中所有数值均为程序在本算例中给出的结果。其中一面墙（WZ12）的所有斜撑和连接验算在第8节中用手算重新计算。
理论背景和选项的详细信息，请参阅文章轻钢墙板与立柱设计、轻钢设计的理论基础和轻钢验证研究中带斜撑墙板的章节。
模型文件可以从这里下载（ZIP）：OrnekHafifCelikCapraz_ilk.sy4（初始设计）和OrnekHafifCelikCapraz.sy4（最终设计）。
2. 示例建筑和带斜撑的墙
建筑为10 × 6 m，两层（层高2.80 m），有24面轻钢墙板墙（C100×50×15立柱，间距600 mm，两面OSB）。地震：SS = 0.50，S1 = 0.14，ZC，等效地震荷载法，R = 3，D = 2（HCBTİE表1.2有限延性）。底部剪力在两个方向均为 Vt = 70.0 kN，输入带斜撑墙板后不变（周期为经验值）。
表1 – 改为带斜撑的墙（其余18面墙仍为覆面）
| 层 | 墙 | 方向 | 墙长 L | 位置 |
|---|---|---|---|---|
| 首层 | WZ02 | X | 3.65 m | y = 0，x = 2.93–6.58 m（立面中部） |
| 首层 | WZ05 | X | 3.65 m | y = 6 m，x = 2.93–6.58 m |
| 首层 | WZ12 | Y | 4.15 m | x = 5 m 内墙 |
| 二层 | W102，W105，W112 | 相同 | 相同 | 首层对应墙的上方 |
图1 – 首层平面中选中的三面墙（棕色）：WZ02，WZ05，WZ12
混合体系与地震荷载分配：同一层中既有覆面墙板又有带斜撑墙板时，TBDY 10.2.6.1要求地震荷载按各墙板的水平承载力分配。程序默认的“承载力”刚度类型就是这样做的：每片墙板的有限元刚度与其承载力成比例（带斜撑墙板按 Vc/0.6，覆面墙板按 Vn 的尺度）。与“经典”类型的比较见第9节。
延性等级：建筑中有带斜撑的墙板时，按TBDY 10.2.1.2，承重体系视为有限延性等级。本算例中项目本来就按有限延性（R = 3，D = 2）定义。如果项目设置中选了高延性，分析会给出“错误：TBDY 10.2.1.2（带斜撑墙板的延性）”一行，并按有限延性检查R和高度限值。
3. 选择墙和“轻钢斜撑”选项卡
- 在平面上单击第一面墙，按住Shift单击其他墙，加入选择（选中的墙显示为棕色）。
- 在选中的某面墙上右键单击，选择修改所选墙的属性（Seçili Duvarların Özelliklerini Değiştir）。
- 在**轻钢斜撑（Hafif Çelik Çapraz）**选项卡中，墙板体系 = 斜撑（TBDY 10.4.2）。选择斜撑后，墙的抗剪承载力仅由斜撑计算；覆面板继续只起约束立柱屈曲的作用。
- 斜撑类型 = 钢带（仅受拉），钢带宽度100 mm，厚度1.2 mm，材料 = 立柱材料（S350GD），设斜撑的面数2，分格数1。
图2 – 多选时的“轻钢斜撑”选项卡
小数点：这些栏位中的小数点是句点：请输入1.2（不是1,2）。
**多选：**多选时，选中的墙中不同的栏位为空（或下拉列表中不选）；点击“确定”时只应用确定的栏位。
4. 连接选项卡：初始输入
在轻钢斜撑连接（Hafif Çelik Çapraz Bağlantısı）选项卡的上部分组中，初始设计只给出了基本输入：螺钉直径4.8 mm，每个斜撑端部螺钉12，净截面中第一排的孔数2，角板 t = 0（无角板：钢带直接用螺钉连接到立柱和导轨）。下面的“布置、角板 …”分组留空；程序根据螺钉数，用最小允许间距建立默认布置（这里为6排 × 2列，p1 = p2 = e1 = 15 mm，e2 = 42.5 mm），并用信息行告知。
图3 – 初始设计中的连接选项卡
5. 初次分析和警告
在分析窗口中点击开始分析（Analize Başla）。初始设计给出51行；与带斜撑墙板有关的行在下面分组列出（数值针对首层WZ02；其他墙类似）。
图4 – 初次分析的警告列表（开头）
表2 – 初始设计中带斜撑墙板的警告
| 警告 | 数值 | 原因 | 解决办法（第6节） |
|---|---|---|---|
| 净截面（TBDY式10.23） | AnetFu = 45.56 kN < 1.20·AgFy = 50.40 kN (0.90) | S350GD中 Fu/Fy = 1.20：钢带开孔后在屈服之前断裂 | 钢带端部加强 |
| 斜撑端部断裂（块状撕裂） | Rn = 43.61 kN < 50.40 kN (1.16) | 布置短而密（间距15 mm） | 长布置、端部加强 |
| 连接弱于斜撑 | 12·Ps = 30.48 kN < Td = 37.80 kN | 无角板：螺钉打入1.2 mm的立柱 | 角板 |
| 无横撑（10.4.3(d)） | — | 带斜撑的墙板中至少必须有一排横撑 | 导轨选项卡：1排 |
| 下 / 上导轨不足 | WZ12下导轨 N = 59.15 kN，比值1.48（U100×53×1.5） | 斜撑的水平分量在角部从一个点进入导轨：N = D·V/nb | U100×54×2.5导轨 |
| W112抗拔锚固 | 比值1.02（设备35 kN） | 带斜撑的墙吸引更多剪力 | HD 45 kN |
| 屋面隔板 x = 500 线 | v = 9.08 > 0.6·15 = 9.00 kN/m (1.01) | W112吸引的力来自隔板 | vn 15 → 17 kN/m |
为什么导轨受力这么大？：在覆面墙板中，剪力沿导轨长度均匀分布地传递（锯齿形模型）；而在带斜撑的墙板中，斜撑的力在分格角部从一个点进入导轨，再由此传到抗剪锚固。因此带斜撑墙板的导轨承担更大的轴力（TBDY 10.4.2.1(a)：导轨按D放大后的斜撑力设计）。
6. 改进设计
重新选择三面墙，在多属性表单中输入以下内容（二层的三面墙同样的数值）：
表3 – 改进步骤
| 步骤 | 选项卡 / 栏位 | 数值 | 效果 |
|---|---|---|---|
| 1. 钢带端部加强 | 连接：钢带端部总 t | 2.4 mm（连接区钢带双层） | 净截面 0.90 → 1.81（Anet = (100 − 2·4.8)·2.4 = 216.96 mm²） |
| 2. 长布置 | 连接：nr × nc，p1，p2，e1 | 6 × 2，20 / 40 / 30 mm | 块状撕裂 Rn 43.6 → 160.8 kN（比值0.31） |
| 3. 角板 | 连接：角板 = 有，t | 2 mm（立柱材料S350GD） | 螺钉 Ps 2.54 → 5.44 kN，紧固件群 65.3 kN ≥ Td 37.8 kN（延性） |
| 4. 角板螺钉 | 连接：角板 → 边立柱 / 导轨 | 8 / 6颗螺钉（程序给出的所需数量为6 / 4和6 / 6） | C1 ≤ 0.74，C2 ≤ 0.92 |
| 5. 横撑和导轨 | 导轨：横撑排数，下 / 上导轨 | 1排；U100×54×2.5 | 横撑和导轨的错误消除 |
| 6. 锚固，隔板 | 锚固（W112）；屋面楼板轻钢选项卡 | HD = 45 kN，层间连接45 kN；vn = 17 kN/m | 锚固 1.02 → < 1，隔板 1.01 → 0.89 |
**先布置，后角板：**在螺钉连接的薄钢带中，几乎总是有两个极限状态起控制作用：净截面（10.23）和斜撑端部的块状撕裂。两者都是斜撑自身端部的断裂，不按D检查，而是按10.23的形式用 Rn ≥ 1.20·AgFy 检查：斜撑屈服之前端部不得断裂。端部加强以及列数少、排数多、e1大的布置可以同时解决这两个问题。连接构件（螺钉群、角板、角板螺钉）则按D放大后的斜撑力检查。
端部加强的实施：“钢带端部总t”输入假定连接区的钢带厚度增加（例如用同样的钢带加第二层）。加强段的长度应覆盖连接的全部螺钉，且两层之间应相互连接；假定螺钉穿过两层（t1 = 2.4 mm）。
7. 最终分析和结果
第二次分析中没有错误行；列表只有信息行（橙色的风荷载行是前一个算例中也有的提示：模型中没有定义风荷载）。
图7 – 最终分析的警告列表（开头）
表4 – 带斜撑墙的最终结果（YDKT）
| 墙 | θ | V (kN) | D | F (kN) | F/Td | 净截面 | 连接比值（控制） | 延性 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WZ02 | 35.5° | 20.86 | 1.98 | 12.81 | 0.34 | 1.81 | 0.73（C1 立柱螺钉） | 是 |
| WZ05 | 35.5° | 21.22 | 1.98 | 13.03 | 0.34 | 1.81 | 0.74 (C1) | 是 |
| WZ12 | 32.1° | 32.18 | 1.84 | 18.99 | 0.50 | 1.81 | 0.91（C2 导轨螺钉） | 是 |
| W102 | 35.5° | 13.72 | 1.98 | 8.42 | 0.22 | 1.81 | 0.48 (C1) | 是 |
| W105 | 35.5° | 13.89 | 1.95 | 8.53 | 0.23 | 1.81 | 0.48 (C1) | 是 |
| W112 | 32.1° | 37.12 | 1.63 | 21.90 | 0.58 | 1.81 | 0.92 (C2) | 是 |
V：墙的不含D的地震剪力；D = Vd/V（以承载力份额为基准，按楼层的D）；F = V/(nb·ny·cos θ)；Td = 0.90·AgFy = 37.80 kN。墙板抗剪承载力 Vc = 2·37.80·cos θ = 61.58 kN（L = 3.65 m）/ 64.07 kN（L = 4.15 m）。θ = atan(h/L)，h = 立柱长度2.60 m。
8. WZ12的手算验证
WZ12：L = 4.15 m，h = 2.60 m（墙板高度 = 立柱长度：层高2.80 m − 墙顶圈梁0.20 m；斜撑是下导轨与上导轨之间框架的对角线），单个分格，两面100×1.2 mm S350GD钢带（Fy = 350，Fu = 420 MPa），端部加强 t端 = 2.4 mm，2 mm S350GD角板，螺钉4.8 mm，布置6×2（p1 = 20，p2 = 40，e1 = 30，e2 = (100 − 40)/2 = 30 mm），立柱 t = 1.5 mm，导轨 t = 2.5 mm。
表5 – WZ12手算（程序给出相同的数值）
| 量 | 计算 | 结果 |
|---|---|---|
| 角度 | θ = atan(2.60/4.15) | 32.07°，cos θ = 0.84742，sin θ = 0.53092 |
| 斜撑承载力（10.21b） | Td = 0.90·120·350 | 37.80 kN |
| 墙板承载力 | Vc = 1·2·37.80·0.84742 | 64.07 kN |
| 斜撑力 | F = 32.18/(2·0.84742) | 18.99 kN → F/Td = 0.50 |
| 连接需求（10.4.2.1(a)） | D·F = 1.838·18.99 | 34.90 kN |
| 净截面（10.23，端部加强） | AnetFu = (100 − 2·4.8)·2.4·420 = 91.12 kN ≥ 1.20·120·350 = 50.40 kN | 比值1.81（满足） |
| A1 螺钉群 | t2/t1 = 2.0/2.4 < 1：Pns = min(4.2√(2³·4.8)·420; 2.7·2.4·4.8·420; 2.7·2.0·4.8·420) = min(10932; 13064; 10886) = 10886 N；Ps = 0.5·10886 = 5443 N；12·5.443 | 65.32 kN → 34.90/65.32 = 0.53 |
| A4 块状撕裂，斜撑端部（ÇYTHYE 13.19） | Lgv = 30 + 5·20 = 130 mm；Agv = 2·130·2.4 = 624；Anv = 2·(130 − 5.5·4.8)·2.4 = 497.28；Ant = (40 − 4.8)·2.4 = 84.48 mm²（撕向边缘 2·(30 − 2.4)·2.4 = 132.48，较大）；Rn = min(0.6·420·497.28 + 420·84.48; 0.6·350·624 + 420·84.48) = min(160.80; 166.52) | Rn = 160.80 kN ≥ 50.40 kN → 0.31 |
| B2 角板Whitmore | lw = 40 + 2·100·tan30° = 155.47 mm；屈服 0.9·350·155.47·2 = 97.95 kN；断裂 0.5·420·(155.47 − 2·4.8)·2 = 61.27 kN | 0.36 / 0.57 |
| B3 块状撕裂，角板 | 相同的面，t = 2：Rn = min(0.6·420·414.4 + 420·70.4; 0.6·350·520 + 420·70.4) = 134.00 kN；φ = 0.5 | 67.00 kN → 0.52 |
| C1 角板 → 立柱 | D·F·sin θ = 18.53 kN；Pns(t1 = 2，t2 = 1.5) = min(4.2√(1.5³·4.8)·420; 10886; 8165) = 7100 N，Ps = 3550 N；8颗螺钉 = 28.40 kN | 0.65 |
| C2 角板 → 导轨 | D·F·cos θ = 29.57 kN；t2/t1 = 1.25（内插）Pns = 10886 N，Ps = 5443 N；6颗螺钉 = 32.66 kN | 0.91（控制） |
| 延性 | 最弱连接构件 min(65.32; 97.95; 61.27; 67.00) = 61.27 kN ≥ Td = 37.80 kN | 延性 |
**系数：**薄钢板（t < 4 mm）的断裂和块状撕裂采用HCBTİE 8.4系数：螺钉 φ = 0.5，螺栓0.75。螺钉剪切采用TBDY 10.12 φ = 0.5。Whitmore宽度（30°扩散）属于解释性取值；ÇYTHYE 13.4.1规定“应适当考虑板内的应力扩散”。
9. 刚度类型：“承载力”和“经典”
在项目总体设置中把轻钢墙板刚度类型选为“经典”并求解同一模型时，斜撑作为显式对角杆进入有限元模型（每面墙两根对角线，Am = (k/2)·Lm/(E cos²θm)；WZ12的目标侧向刚度 k = 7144 kN/m，对角线面积128.0 mm²），墙的剪力份额按弹性刚度分配。
表6 – 按刚度类型的带斜撑墙的不含D的地震剪力
| 墙 | 承载力（V，kN） | 经典（V，kN） |
|---|---|---|
| WZ02 | 20.86 | 19.17 |
| WZ12 | 32.18 | 23.84 |
| W102 | 13.72 | 12.53 |
| W112 | 37.12 | 17.19 |
在“经典”类型中，带斜撑的墙承担的剪力较少；剪力转移到弹性刚度更大的覆面墙板上，在此模型中有15面墙（其中13面为覆面墙）的抗拔锚固不足。由于TBDY 10.2.6.1要求在混合体系中按墙板承载力分配，因此建议采用默认的“承载力”类型；“经典”类型用于比较和位移检查。
10. 计算报告
在报告选择（Rapor Seçimi）的“轻钢立柱设计（EGM）”报告中，每面带斜撑墙的墙板剪力行以**带斜撑的墙板（ÇAPRAZLI PANEL）**为标题，写出斜撑、净截面、连接布置、角板、各连接环节的承载力 / 比值以及延性状态。在项目错误检查页中，带斜撑墙板的假定以信息行的形式出现。
11. 平面和立面绘图
在绘图选择（Çizim Seçimi）中，墙平面图和展开图 → 绘制剖面 / 侧立面（Açılımlar → Kesit / Yan Görünüş Çiz）（轴线立面图）会另外显示带斜撑的墙。图纸使用分析结果：必须先进行分析。图片取自程序绘图窗口中最终设计（以及用于比较的初始设计）。
11.1 墙平面图
在带斜撑的墙中，设斜撑的每个面上，立柱翼缘外侧1 cm处有一条绿色的斜撑线（双面墙板为两条线），每个分格中部有一个X符号。斜撑文字（面数、钢带 b×t、材料、分格数、端部加强）位于墙的上侧、立柱和抗剪锚固文字之上。图纸下方的说明行定义这些符号。
图10 – 首层墙平面图：WZ02与WZ12的交接（绿色面线、X符号、斜撑文字）
11.2 轴线立面图
在立面图中，每个分格里从墙板角到对角绘制两根斜撑，以钢带宽度的条带表示。定义了角板时，四角绘制直角三角形角板，斜撑端部显示 nr × nc 螺钉布置（p1，p2，e1），并可见将角板连接到边立柱和导轨的螺钉。文字块位于X交叉处之外、尺寸链之下两根斜撑之间的上部三角形中：先是斜撑和端部连接行，然后是立柱、导轨和锚固行。
图11 – 最终设计，W105（二层）及其下方的WZ05：X形斜撑、角板、文字块
图12 – W105左下角：2 mm角板，6×2螺钉布置，角板上8颗螺钉连接立柱、6颗连接导轨；HD在角板后面（虚线）
**HD和角板：**抗拔锚固（HD）连接在边立柱上；由于与角板重叠，在角板后面被遮住的部分用虚线绘制，“HD”文字位于角板之上。角板尺寸和布置的位置是绘图假定（角板的肢长涵盖螺钉布置和角板端距，不大于分格的45%）；施工细部由负责的工程师确定。
11.3 不足设计的立面图
在最终分析中，斜撑力 / 净截面条件或某个连接环节不足，或连接弱于斜撑时，相应的斜撑、布置和文字行绘制在HafifCelikYetersiz（红色）图层。初始设计中（无角板，6×2布置，p = e1 = 15 mm；净截面和块状撕裂不足，第5节），斜撑和连接为红色；下导轨和上导轨（角部力D·V/nb）也为红色。
图13 – 初始设计，W105：不足的斜撑、连接和导轨位于红色图层
表7 – 图层
| 图层 | 颜色 | 内容 |
|---|---|---|
| HafifCelikCapraz | 绿色 | 斜撑条带、平面中的面线和X、斜撑文字 |
| HafifCelikBaglanti | 品红色 | 角板、端部布置、角板螺钉、HD、抗剪锚固、连接文字 |
| HafifCelikDikme | 蓝色 | 立柱、导轨、横撑、尺寸链 |
| HafifCelikYetersiz | 红色 | 最终分析中不足的项目 |
12. 注意事项和已知限制
- 墙板高度：斜撑几何中取 h = 立柱长度（层高 − 墙顶圈梁高度；本算例中为2.80 − 0.20 = 2.60 m）；与轴线立面图中绘制的框架高度相同。覆面墙板的h/l条件按层高检查。
- 张紧连接（TBDY 10.4.3(b)）和钢带预张力程序无法检查；应在现场施工细节中保证。
- 焊接连接不计算（HCBTİE第8章涵盖螺钉 / 螺栓连接）。
- 角板受压（ÇYTHYE 13.4.4）仅对型钢斜撑检查；未输入角板的自由受压长度时取50 mm。
- 下角和上角假定采用相同的详图。角板力分解为对立柱的 D·F·sin θ 和对导轨的 D·F·cos θ（工作点在角部）。
- 单面使用钢带时，边立柱上增加 T·e 偏心弯矩（TBDY 10.4.3(a)）；本算例中使用了两个面。
- 未输入横撑细节（横撑 t，螺钉）时不检查横撑连接；给出信息行。