澳洲墨尔本Erskine五联排轻钢别墅结构设计分享

THIngenieur

前言
知晓「建房迷」这个国内最大的轻钢项目交流平台已经有一年多时间，当时一直想通过平台记录些项目，可工作太忙以至于一直没有时间回头整理这些设计过的轻钢项目。正巧最近刚回到宁波家中，翻翻过去的项目，闲下功夫与喜爱热衷于轻钢建造的朋友们，以结构工程师的角度，分享过去五年我在澳洲参与的轻钢别墅、公寓楼、办公楼项目。

项目信息
项目名称：Erskine五联排别墅
项目地址：澳大利亚墨尔本
总建筑面积：828平米
建筑高度：6.5m
轻钢平台：FrameCAD
轻钢截面：S90.75 G550 AZ150

这个项目印象深刻，尤其有意思在于轻钢的生产和设计均由国内厂商完成。关于这一点其实可拓展大家的思路，即中国是一个出口大国，小宗商品出口是一条已经总过的路，而装配预制房屋，尤其是轻钢建筑出口是一条新兴道路。

回到主题，该项目虽有五幢别墅，实则只有三套户型，重复的户型结构无需二次设计。这里可以展开讲一下澳洲轻钢项目流程，可能与国内略有不同。由于澳大利亚拥有长达上百年木结构建筑历史，且人口数量决定了这个国家不需要太多高容积率的公寓楼住宅，因此大多数人热衷于居住在一两层的别墅（House）、兄弟联排（Duplex）、联排（Townhouse ）中，而澳大利亚可用于结构构件的木材均来自于美国进口，每年上涨的木材价格使得轻钢建筑的价格劣势不再成为短板，近年来使用量稳步上升。

在澳大利亚，每幢建筑的结构设计都需要持牌工程师签字盖章，并由工程师个人专业险担保其设计责任。因此任何轻钢建模软件的计算都不具备自我签字认证许可，加之考虑到软件使用人员可能不具备工程结构背景，以及软件自身结构计算的缺陷，所有的轻钢项目在工厂出图后仍需工程师审核，类似于国内监理指责。Erskine项目施工总图是按木结构设计的，工厂的深化设计师（detailer）完成轻钢构件替换，这一过程不涉及结构设计，工厂只需把木结构楼梁都替换成最高300高桁架即可，不改变结构受力途径，而一些大尺寸大跨度的楼梁，一般可考虑是有0.95的轻钢或C-PURLIN，这个项目中我们采用了C-PURLIN。我打算以其中一套户型U3做讲解，看看在FrameCAD平台之外，工程师是如何设计轻钢结构的。

         


设计荷载
屋面向上风荷载：0.83kPa
面墙风荷载：0.75kPa
剪力风荷载：0.9kPa
屋面恒荷载：0.5kPa
屋面活荷载：0.5kPa
墙面荷载：1.5kN/m
楼面恒荷载：0.7kPa
楼面活荷载：2kPa

屋面桁架设计
此项目屋面检查了三个构件：绿色女儿墙，典型灰色短桁架，粉色主屋梁，以灰色短桁架为例来看：


具体根据澳标计算步骤过于繁琐，为大家准备几个常用数据，结果偏保守，不是最准确的方法，但有助于零基础快速计算杆件是否足够承载：

• 结构应力验算：
  

以檩条布置间距0.9m为例，杆件弱轴抗弯能力是0.45kNm，轴心抗压能力是20kNm
  上弦骨最大弱轴弯矩0.02kNm，最大轴心压力5.76kN，有效长度0.9m即屋面檩条的间距:
    5.76/(0.85*20)+0.02/(0.65*0.45)=0.4<1 OK
  腹骨最大弱轴弯矩0.11kNm，最大轴心压力1.42kN，有效长度0.25m即排水管旁第一根腹骨:
    1.42/(0.85*20)+0.112/(0.65*0.45)=0.46<1 OK；    腹杆轴压/轴拉均小于3.5kN，无需额外打自攻钉
  下弦骨最大弱轴弯矩0.02kNm，最大轴心压力5.22kN，有效长度0.9m即吊顶檩条的间距
    5.22/(0.85*20)+0.02/(0.65*0.45)=0.37<1 OK
切记：以上方法对判断89S41-075-550杆件处于弱轴抗弯轴心受压的情况有用，且檩条布置不得高于0.9m，其他情况另议

• 结构适应力验算：
  

在向下恒荷载作用下桁架最大屈曲 1.43mm < 8mm OK
在向上风荷载作用下桁架最大屈曲 4.75mm < 15mm OK

至此，屋面典型桁架的计算就完成了，这是一个十分简单的案例，也希望有兴趣的朋友翻阅中国冷弯薄壁轻钢建筑规范查找国内对轻钢杆件的计算方法。

轻钢墙体设计
待续






来源: 澳洲墨尔本Erskine五联排轻钢别墅结构设计分享

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