什么是轻钢结构计算?

轻钢建筑的承重体系由薄板冷弯成型的 C 型或 Sigma 型墙骨柱,以及覆盖其上的 OSB、胶合板或石膏板组成的面板构成。面板依靠覆面的抗剪承载力承担水平荷载,墙骨柱则传递竖向荷载和倾覆力。

对于薄壁截面,承载力往往由屈曲控制:腹板和翼缘的局部屈曲、翼缘与卷边共同转动的畸变屈曲,以及构件整体屈曲。HCBTİE 采用有效宽度法计算这些截面;TBDY 2018 第 10 章则规定了轻钢建筑的地震计算、面板抗剪承载力和锚固规则。

StatiCAD 将这两部规范整合到同一流程:对模型进行分析,导出面板和墙骨柱的需求,完成屈曲与风荷载验算,按规范规则设计锚栓和基础,并以土耳其语或英语输出结果报告。

StatiCAD 在轻钢结构中能做什么?

从地震计算到基础,轻钢建筑的完整设计链。

面板抗剪承载力与地震

  • 带覆面面板的抗剪承载力(TBDY 表 10.5);OSB、胶合板、钢板和石膏板
  • 地震荷载按等效地震荷载法计算,取 T = 0.2 s(TBDY 10.2.6.1)
  • 有限元模型中面板刚度与承载力成正比;地震荷载按承载力分配给各面板
  • 石膏板面板的地震分担比验算(TBDY 10.2.7.2)

墙骨柱验算(有效宽度法)

  • 由局部屈曲、畸变屈曲和弯扭屈曲各行得出设计承载力
  • 畸变屈曲采用 HCBTİE 4.10.3.3 一般方法或有限条选项
  • 边墙骨柱的倾覆力按超强系数计算(TBDY 10.4.1.1)
  • 将覆面对墙骨柱提供的转动约束计入承载力

风荷载与挠度

  • 外墙墙骨柱的平面外风致弯曲及其与轴力的组合作用
  • HCBTİE 风荷载下限及随建筑高度变化的风压验算
  • 墙骨柱和梁的挠度按使用弯矩下的有效截面惯性矩计算
  • 可按覆面类型选择挠度限值(h/120 – h/360)

轻钢梁与柱

  • 527 种预定义轻钢型钢:C、Z、U、C+、Sigma 和 Sigma+
  • 梁:受弯、受剪、轴力与弯矩共同作用、挠度
  • 柱:受压、与双向弯曲的组合作用、受剪和受拉
  • 卷边(边缘加劲)充分性及截面条件验算

锚栓、连接与构造要求

  • 面板端部抗拔(受拉)锚栓和抗剪锚栓的设计
  • 螺栓和螺钉连接的抗剪、承压及混凝土承载力比值
  • HCBTİE 第 6 章面板条件:墙骨柱间距、壁厚、腹板和卷边尺寸
  • 建筑高度、R 与 D 限值(HCBTİE 表 1.2)

基础设计与设计方法

  • 基础按超强系数放大后的地震力设计(TBDY 10.4.1.2)
  • 可选 LRFD(HCBTİE)设计方法,也可选 ASD 设计方法用于对比
  • 自动加入 HCBTİE 竖向荷载组合
  • 土耳其语或英语的面板、墙骨柱、梁和柱报告

轻钢楼板搁栅

  • 将楼板在搁栅之间划分为板带,并自动生成两端铰接的楼板搁栅
  • 正、负弯矩分别采用各自的侧向支撑长度,Cb 取自弯矩图(AISI S100 F2.1.1)
  • 弯剪同时作用、支座处腹板压皱(TS EN 1993-1-3 6.1.7.2)及加劲肋需求
  • 仅活荷载挠度(L/250)与振动验算(HCBTİE 7.5)

楼板横隔板(TBDY 10.5)

  • 传至墙线的力及覆面单位剪力
  • 集力构件(纵向传力构件)和弦杆力
  • 楼板与下层面板连接螺钉的验算
  • 开洞率检查;楼板全部为轻钢的楼层不进行钢筋混凝土横隔板验算

程序截图

StatiCAD 中两层轻钢住宅的三维视图

两层轻钢住宅示例的三维视图

底层平面:轻钢面板、楼板搁栅和板带

底层平面:轻钢面板、楼板搁栅和板带

“墙体属性”的“轻钢面板”选项卡:覆面强度、墙骨柱型钢和转动约束

“轻钢面板”选项卡:覆面强度、墙骨柱型钢、墙骨柱间距及覆面的转动约束

“墙体属性”的“轻钢锚栓”选项卡:抗拔与抗剪锚栓输入

“轻钢锚栓”选项卡:抗拔(受拉)与抗剪锚栓输入

“圈梁属性”的“轻钢”选项卡:楼板搁栅验算输入

轻钢楼板搁栅验算输入(HCBTİE 4.8、7.4、7.5)

从冷弯型钢库中选择截面的窗口

从预定义冷弯型钢库中选择截面

结合这些截图的分步解答:示例解答——两层轻钢建筑(知识库)

如何使用?

  1. 绘制墙体,在“墙体属性”中将设计类型选为“轻钢面板”;输入覆面、墙骨柱型钢、墙骨柱间距和边墙骨柱数量。
  2. 标出外墙面板;在“项目通用设置”中确定设计方法、风压和挠度限值。
  3. 在“轻钢”选项卡中将楼板划分为板带并生成楼板搁栅;必要时从预定义轻钢型钢中为梁和柱指定截面,并输入锚栓信息。
  4. 运行分析;面板、墙骨柱、梁、柱、锚栓和基础验算自动完成,不满足项显示在警告列表中。
  5. 从“轻钢构件报告”组获取报告。

报告

“轻钢构件报告”组包含:

  • 轻钢面板设计:覆面信息与面板抗剪承载力
  • 轻钢墙骨柱设计:边墙骨柱与中间墙骨柱需求、屈曲承载力、风荷载组合、挠度、锚栓及面板抗剪各行
  • 轻钢梁设计:受弯、受剪、相互作用、挠度、腹板压皱与振动
  • 轻钢柱设计:受压、组合作用、受剪和受拉
  • 每份报告均列出控制荷载组合和计算假定
  • 轻钢楼板横隔板:墙线力、覆面、集力构件、弦杆和连接验算

帮助文档

知识库中的分步使用说明、示例解答、理论基础和验证工作。

验证

已将全部 527 种预定义型钢的截面特性与制造商数值进行了对比;扭转相关量通过闭式解和一款独立程序得到验证。

承载力链条已与规范公式逐行核对,需求推导(轴力和风荷载,LRFD 与 ASD)已与手算对比;从设置到报告的整个流程已在示例项目中端到端运行。

验证工作详情(知识库)

规范

TBDY 2018 第 10 章 HCBTİE TS 498 AISI S100 与 S240(补充参考) TS EN 1993-1-3(腹板压皱)
哪些版本包含? 轻钢结构计算功能包含在 StatiCAD Ultimate 中。

常见问题

轻钢建筑按哪些规范计算?

地震计算、面板抗剪承载力、锚固与基础规则按 TBDY 2018 第 10 章;墙骨柱、梁和柱的截面承载力按《轻钢建筑设计准则》(HCBTİE)计算。风压按 TS 498 输入。

可使用哪些轻钢型钢?

可使用 527 种预定义轻钢型钢:C、Z、U、C+、Sigma 和 Sigma+ 截面,截面高度 100–400 mm,壁厚 1.0–4.0 mm。面板墙骨柱可选用 C、C+、Sigma 和 Sigma+ 截面。您也可以按相同的表格格式添加自己的型钢。

畸变屈曲如何计算?

畸变屈曲按 HCBTİE 4.10.3.3 一般方法计算;C+ 截面默认采用该方法,如有需要,所有截面均可使用有限条求解。若已输入覆面数据,还会计入面板对墙骨柱提供的转动约束。

石膏板面板在地震计算中如何处理?

按 TBDY 10.2.7.2,石膏板面板不能单独承担地震需求。程序针对每个楼层和方向计算石膏板在面板抗剪承载力中所占份额,并与 TBDY 表 10.3 的限值比较;若超限则给出警告。

包含在哪个 StatiCAD 版本中?

轻钢结构计算功能包含在 StatiCAD Ultimate 中。您可以通过免费演示版试用整个流程。

轻钢楼板如何建模?

在“楼板属性”的“轻钢”选项卡中,将四边形楼板转换为轻钢楼板:输入型钢、最大搁栅间距和搁栅方向后,程序将楼板划分为板带,并生成两端铰接的楼板搁栅。楼板搁栅按 HCBTİE 4.8、7.4 和 7.5 验算,楼板横隔板按 TBDY 10.5 检查。

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