轻骨架建筑的起源、定义和范围.docx

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1、轻骨架建筑的起源、定义和范围1现代轻骨架建筑所用的建筑材料及其延伸6轻骨架构件设计计算理论17轻骨架建筑用钢材材料特性23(五)腹板孔26设计中的妥协33轻骨架屋顶设计414.屋顶形状62(5)复斜屋顶75五、中国重钢建筑和轻钢建筑的定义错误107六、 轻骨架建筑的结构力学特点与结构设计思想112轻骨架建筑的起源、定义和范围一、 轻骨架建筑的起源、定义和范围现代轻骨架建筑的雏形气球骨架是在19世纪发明的，经过多次改进，直到1850年左右才最终定型。1. 平台骨架建筑现代平台骨架建筑是在气球骨架建筑基础上发展起来的。在平台骨架建筑中，在第一层托梁上覆盖上楼层粗地板后，在外墙和内隔墙上方就形成了一

2、个平台，这种类型的结构一般都是用在住宅建筑上（图1-1）。平台建筑容易矗立。它在每个楼层面提供了一个工作平面，并且便于适应各种预制方法。在平台系统中，通常的习惯是在楼层上组装墙骨架，然后再倾斜整体单元就位。2. 气球骨架建筑在气球骨架建筑中，外墙柱连续穿过第一个第二层。第一层托梁和外墙柱都支撑在锚固底槛上（图1-2）。第二层托梁支撑在已经放进外墙柱的侧边，其最小尺寸为14（25mm89mm）的肋梁上。在覆盖砖和砌块外壳的二层建筑里，气球骨架减少了骨架和砌快外壳的沉降变化。在外墙是实心砌块时，内部分隔墙的气球骨架也减少了横墙里门和橱柜开口的扭曲。气球骨架需要比较长的柱子，并且难以符合当前的竖立习

3、惯和挡火系统，因而这个系统现在已经很少使用。图1-1图1-2现代轻骨架建筑所用的建筑材料及其延伸二、现代轻骨架建筑所用的建筑材料及其延伸1.轻木骨架（24）早期的轻骨架建筑（不论是气球骨架建筑，还是平台骨架建筑）都是采用24、26、28、210、212（38mm89mm、38mm140mm、38mm203mm、38mm254mm、38mm305 mm）这样的定尺木材作为骨架材料（图2-1）。图2-1图2-22.轻钢骨架一直到冷轧镀锌卷板问世，人们才想到利用冷轧镀锌卷板轧制的C形和U形钢构件来替代定尺木材。因为也就产生了冷轧轻钢建筑系统（图2-3）。图2-33. SIP（结构保温板）SIP （S

4、tructural insulating panels，即结构保温板）就是在二层皮肤之间粘贴上轻质保温材料，形成一个复合结构的墙板单元（图2-4，5）。图2-4图2-5在1990年之前，美国是把SIPs称为预制木基承重应力皮肤板（Prefabricated wood-based loadbearing stressed skin panels），有时也简称其为应力皮肤板（stressed skin panels）或应力皮肤保温芯板（Stressed-skin insulating core panels，简称SSIC板），1990年之后，该产业已经决定把它命名为结构保温板（Structural

5、 insulating panels，简称SIPs）。早在1930年，美国森林产品实验室（FPL）就开始了结构保温板（SIPs）的长期试验项目，经过几十年的试验，在1979写出了总结报告。但多年来，结构保温板（SIPs）的结构力学理论一直没有什么重大突破。与大多数现代建筑结构理论一样，结构保温板（SIPs）的结构力学要点是计算弹性粘结复合结构系统的组合作用效果。SIP（结构保温板）既可以作为墙板，也可以作为屋顶板使用（图2-6）。图2-6SIP（结构保温板）的皮肤可以是木质材料（图2-7）、金属材料（图2-8）、水泥基材料等。图2-7图2-8SIP（结构保温板）的芯材可以是EPS、XPS、PU

6、和蜂窝纸等。1. ICF（保温混凝土成型）墙ICF（保温混凝土成型）墙是采用EPS保温泡沫作为模板来浇铸钢筋混凝土墙（图2-9）。图2-9 目前我除了ICF（保温混凝土成型）没有搞过以外，其它轻骨架建筑都玩过了。总的感觉是每种轻骨架建筑都各有所长，有时候需要结合到一起来应用，才是最佳选择。轻骨架构件设计计算理论三、轻骨架构件设计计算理论(一)题外话轻骨架建筑技术是目前国际上最为流行的、外观和性能最好的低层住宅建筑技术。像日本、美国、智利这样的地震多发国家，基本上都是采用轻骨架建筑技术来建造住宅，因而智利在遭遇里氏8.8时，也不会因地震而使房子倒塌而砸死人。但我们国家即便是遇到了汶川大地震这样的

7、千年一遇自然灾害，抗震技术极其优越的轻骨架建筑技术也无法顺利进入中国建筑市场。这是因为轻骨架建筑技术与我们目前正在使用的、高等院校正在教授的、设计院会设计的钢筋混凝土砌块建筑是截然不同的二种建筑体系。一旦在中国推行轻骨架建 筑技术，很多在现行体制内混的很好的官员、学者、技术专家和设计人员所掌握的钢筋混凝土砌块建筑技术知识就会贬值、缩水、甚至归零。 在改革开放这三十年过程中，很多行业都曾经出现过因新技术的出现，而使得旧知识贬值和归零的现象，甚至全行业退出市场的现象。 最具有代表性的当然数从光学像机到数码像机的进步，当数码像机全面进入市场后，普通用途的光学像机、胶卷，以及冲印设备等就瞬间退出了市场

8、，从业人员也只 能从新再就业了。今天中国普通用途胶卷市场上早已经不见了富士、柯达和乐凯品牌的胶卷了，可笑的是当年他们可是在市场上打破了头，甚至还把胶卷品牌之争上 升到国家安全之争，上升到国家层面的意识形态之争，。 在汶川地震发生后，一位华裔建筑师叙述了他初到美国找工作的困境，一个中国国家注册建筑师，到了美国居然不会盖（轻骨架）房子了，所有应聘公司都对他在中国积累的钢筋混凝土建筑技术不感兴趣，认为毫无用处，一切只好都从头学起。 一位年轻的博友向我诉苦说：“我在 日本留学，学习的就是建筑结构，导师主要是搞钢结构的，手下也有一组人在搞钢混抗震结构，当时来的时候就想学钢结构。但是国内大学的教授劝我还是

9、学钢混。 说是国内钢结构最多就是修建厂方的大跨度的建筑。住宅上面是不会使用钢结构。为了以后就业工作还是学钢混比较好。感觉是国内的建筑业不信任钢结构，或者说 是不了解钢结构，所以大家都不才用”。 他问我应该怎么办？我当然告诉他：“可能你国内的老师自己就不懂钢结构，所以才劝你去国外学钢混。其实学钢混结构，不用去国外，国内学者和企业的水平是全球最高的。到国外就要学习国内没有的先进钢结构技术，回国才有用武之地。”。 对于体制内的官员、学者、技术专家和设计人员们来说，因新技术而使得自己原来所掌握的知识和技能贬值、缩水、甚至是归零的情况，确实是无法忍受的，因而这群人对于轻骨架建筑技术的漠视、轻视、抵制，甚

10、至是反对就可以理解了。这也是轻骨架建筑技术无法在中国顺利推广的一个重要原因。(二) 概要在发达国家，因为经济条件许可，所以不但在建筑上是理论和实验二条腿走路，甚至是宏观宇宙理论和微观质子理论，都是理论和实验二条腿走路。由于建国初期，我们国家的经济水平非常低下，难有经济实力去搞实验科学。加上前苏联的科学体制对我们的影响，我们国家的科学研究一直是重理论，轻实验和实践。延续至今，中国建筑规范的制定和审批仍然只强调理论计算，很多计算方法都是根据假想的模型胡编乱造出来的，理论模型与实际建筑物差别巨大，结果只能靠凑数据，甚至是反推法来满足要求。发达国家的建筑结构理论比较相信试验数据，当然，要想获得足尺建筑

11、物的实验数据，实验设备和实验费用是非常昂贵的。所以一旦发生大地震或飓风，发达国家的科技人员都会忙不跌的赶往出事地点，以获取第一手资料。美国的说明性方法是一帮技术专家根据现行轻骨架设计理论和实验数据编制出来的，并且处于不断更新之中。普通用户，只要认识字，查一查表格，就可以进行轻骨架构件的选型设计，有经验的木匠，连查表都难得去查，凭经验就足够了。当然，理论还是有必要的，所以我才会写出低层轻钢骨架住宅设计工程计算、轻钢（或木）骨架住宅结构设计、低层轻钢骨架住宅设计（直接强度法）（博客版）等一系列轻骨架设计理论书籍。这儿并不是说轻骨架建筑理论没有用，而要强调的是：轻骨架建筑理论是用来指导实践的，而不是

12、用来限制轻骨架建筑实践的。通过技术专家们的轻骨架理论研究和分析，把一线技术人员和工人门的轻骨架实践经验总结出来，加以提高，并上升到理论高度，就更加有利于工程一线的技术人员和工人放心大胆的去做轻骨架建筑实践。在这儿所说的轻骨架结构构件是标准的C型钢和U型钢，是通过滚轧热浸镀锌钢板而成。(三) 物理尺寸标示符号由四个部分组成，第一个数值代表腹板深度，第二个数值代表钢材骨架构件的类型，第三个数值代表边缘宽度，第四个数值代表最小基本金属厚度。图3-2腹板深度：这儿所选择的实际腹板深度是89mm、140mm、203mm、254mm和305mm。选择89mm和140mm腹板深度符合 当前住宅建筑产业里使用

13、的骨架尺寸（即符合窗户和门框）。这些尺寸可以直接和传统的建筑材料和习惯一起使用，然而，如果换成稍微大一点的尺寸，例如用 92mm或102mm柱子代替89mm柱子时，就不应该涉及任何结构了。对于203mm、254mm和305mm构件来说，与传统木材构件相对应的腹板的 深度意义不大，因为它们通常是用于水平骨架构件（即过梁和托梁）。注：有时也称为“腹板高度”，当说“深度”时，指的就是墙柱子的腹板“深度”，当说“高度”时，指的就是托梁的腹板“高度”。边缘宽度：标准的C型钢有着最小41mm的边缘，最大边缘尺寸是51mm。当增加的边缘尺寸超过了51mm最大限制，可能会导致某些构件减少能力。注：按照有效截面

14、计算，32mm的边缘宽度就足够了，多余的宽度都变成了无效截面（参见图3-3），并不是越宽越好，太宽了还会降低构件的能力，但为什么还必须要有最小41mm的边缘宽度呢？这是为了使固定石膏板或OSB板的螺钉容易准确的对准柱子或托梁，才必须要有最小41mm的边缘宽度。图3-3唇缘尺寸：最小尺寸为12.7mm的加强唇缘。这个尺寸在产业里也很普通。在许多情况里，减少唇缘尺寸会对承重构件的承重能力带来有害的影响，要求钢材导轨有着最小32mm的边缘尺寸。这个尺寸确保了足够的边缘宽度，以允许把导轨固定到骨架构件和装修材料上。钢材导轨腹板是从边缘的内侧测量到内 侧，因此要比对应的标准的C型钢总的腹板深度宽。这种尺

15、寸差别就允许把C型钢完全嵌套进导轨截面里。钢材导轨在厚度上也与标准的C型钢的厚度要求相匹配。 在说明性方法里，始终要求导轨最小钢材厚度等于或大于它们所要固定的承重构件。要求的钢材厚度是最小未镀层钢材厚度（不包括金属镀层的厚度），并且是以mils（1/1000inch）为单位。这个单位偏离了采用规格命名厚度的历史 习惯。“规格”是已经过时的代表厚度范围的参照符号，因为当指定最小值时，它是含糊不清的测量单位。在产业里已经废弃用“规格”作为测量依据的习惯。为了 达到一致性，采用了mil名称。例如，33mils（即0.033inch或0.84mm），43mils（即0.043inch或 1.09mm）

16、，54mils（即0.054inch或1.37mm），68mils（即0.068inch或1.73mm）和97mils（即 0.097inch或2.46mm）都是指定的厚度。设计厚度遵循AISI规范（AISI，1999）的规定，定义为最小的交货厚度除以0.95。有意忽视了在拐角弯曲处发生的厚度减少，并且结构计算所用的扁钢的设计厚度不包含镀层。这种调整适当考虑了上述最小交货材料厚度必不可少的正常的材料厚度变化。在冷轧钢材构件里，是在弯曲的内侧测量弯曲半径。它对结构构件的能力有影响。由于众所周知的冷作硬化现象，在局部增加了钢材的屈服强度，从而在弯曲区域里强度会增加。轻骨架建筑用钢材材料特性(四)

17、材料特性 采用最小屈服强度为230MPa或345MPa钢材。所有钢材楼层、屋顶和过梁部件最小要求采用230MPa钢材。钢材柱子表格规定了230MPa或345MPa二种最小屈服强度。由于注意到实际应用中的经济利益，所以才把345MPa屈服强度钢材作为单独的墙柱子选项。 我十多年前研究冷轧钢建筑技术时，国内基本生产不了符合冷轧钢建筑的镀锌卷板。 经过十多年的光景，中国钢铁行业发生了翻天覆地的变化，早已经成为全球第一产钢大国，但由于中国建筑行业对冷轧钢材建筑物知之甚少，所以至今都没有可以建造冷轧钢材建筑物的冷轧镀锌卷板国家标准。大部分钢铁企业都按照国际标准在生产可以建造冷轧钢材建筑物的冷轧镀锌卷板。

18、 我们国家把Q235列为碳素结构钢GB/T700，把Q345列为低合金高强度结构钢GB/T1591 ，并没有明确标明它们是建筑结构用钢，更没有明确标明它们可以用作建筑结构用热镀锌钢带。这是因为最初制定碳素结构钢GB/T700，和低合金高强 度结构钢GB/T1591标准时，我们国家的钢结构建筑技术、应用都还很落后，很少会考虑在建筑上使用热镀锌钢带，也就是说Q235和Q345并不是专 门针对建筑结构而开发的钢材产品，其化学成分和力学性能见表1。 而发达国家早就针对钢结构建筑而开发出了建筑结构用热镀锌钢带标准。例如，德国有DIN 17162-1987系列建筑结构用热镀锌钢带，美国有ASTM A653

19、-05a系列建筑结构用热镀锌钢带，欧盟有EN 10326-2004/ EN 10327-2004系列建筑结构用热镀锌钢带。日本有JIS G 3302-2005系列建筑结构用热镀锌钢带（表2）。 鞍山钢铁集团公司就是根据日本JIS G 3302-2005系列建筑结构用热镀锌钢带标准编制了企业标准Q/ASB 387-2006，代替Q / A S B 3 8 7 - 2004。 SGC400基本对应于Q235热镀锌钢带，其： 屈服强度=295MPa235MPa； 最小抗拉强度=400MPa375MPa； 断后伸长率（%）=1820 SGC490基本对应于Q345热镀锌钢带，其： 屈服强度=365MP

20、a345MPa； 最小抗拉强度为490MPa470MPa； 断后伸长率（%）=1620 邯郸钢铁公司也根据日本JIS G 3302-2005系列建筑结构用钢产品标准制定了自己的热镀锌钢带技术标准Q/HG007-2007（表3）。碳素结构钢Q235&Q345的化学成分及力学性能(表1）牌号等级脱氧方法化学成分机械性能冲击试验CMn最大屈服点抗拉强度/MPa伸长率温度V型冲击力SiSP16mmmax16.40mm%Q235AF、b、 z0.140.220.300.650.30.050.0452352353755002625B0.120.200.300.700.0452027Cz0.180.350.

21、800.040.040DTz0.170.0350.03520Q345B0.21.01.60.550.040.04345470630521鞍钢SGC系列结构用钢力学性能（表2）牌号拉伸试验a下屈服强度bRel，MPa抗拉强度Rm，MPa断后伸长率，%(L0 =50mm，b=20mm)不小于SGCC205270-SGCD1-27038SGCD2-27040SGCD3-27042SGC34024534020SGC400/Q23529540018SGC44033544018SGC490/Q34536549016SGC570560570-a拉伸试样取横向。b当没有明显的屈服时，屈服强度取Rp0.2 。邯

22、钢热轧产品牌号及执行标准（表3）产品名称牌号执行标准热镀锌钢带SGC340SGC570Q/HG007-2007 国内目前可以采购到的可以建造冷轧钢材建筑物的冷轧镀锌卷板标准对照见表4。钢材性能对照表(表4）标准号牌号化学成分机械性能CMnSiSP屈服强度抗拉强度伸长率MPaMPa%GB/T700Q235B0.120.200.30.70.30.0450.04523537550027GB/T1591Q3450.21.01.60.550.040.04345470630JIS G 3302-2005Q鞍钢/HG007-2007SGC40029540018SGC49036549016邯钢Q/HG007-

23、2007SGC540AS1397（标准1.5mm）G4500.050.220.0250.02540 590550 690AS1397（供货1.5mm）G4500.050.220.0250.0251254917 所以，Q235B至少应该采用SGC400，其： 屈服强度=295MPa235MPa； 最小抗拉强度为400MPa375MPa； 断后伸长率（%）=1820 所以，Q345B至少应该采用SGC490，其： 屈服强度=365MPa345MPa； 最小抗拉强度为490MPa470MPa； 断后伸长率（%）=1620 由于Q235和Q345只有中国人认识，只能在国内销售，而外国人不认识它，也不知

24、道它是不是建筑结构用钢，所以无法销往国外，当然，最重要的是它的建筑结构性能（曲屈后强度）不如SGC400和SGC490。 中国现在已经是全球最大钢材出口国，钢厂要考虑经济效益，以及大多数买家的意愿，所以基本都不愿意生产Q235和Q345镀锌卷板，而是愿意按照日本 JIS标准生产SGC系列结构钢材，甚至企业标准或行业标准都是等效或完全采用国际先进技术标准。这就是钢材市场很少，或根本就没有Q235和Q345作 为基板的镀锌卷板的重要原因。建筑行业虽然在技术标准上爱国，但建筑技术却远远落后与发达国家，其它行业虽然在技术标准上不爱国，但它们所掌握的先进技术标准却在为国家建设添砖加瓦。如果建筑行业也能够

25、和其它行业一样，能够在一定范围内等效或完全采用国际先进技术标准，中国建筑行业在建筑设计、建材制造、建筑安装等诸多方面就都会有一个突飞猛进的发展。(五)腹板孔对于标准的C型构件，在计算弯曲构件，集中荷载受压构件和承受组合的轴向和弯曲荷载构件的弯曲强度时，可以利用（AISI规范承认的）成型的冷作硬化 （这是机械加工行业上百年来一直沿用至今的术语）带来的强度增加（自从英国人Careman1932年提出了板件屈曲理论之后，建筑结构行业就一直称其为 屈曲后强度）（图3-3）。从图3-4可以清楚的看到，在弯曲部分（A-B、F-G、J-K和O-P区段）的屈服应力和最大应力增量最大，在平直部分（C-E、H-I

26、和L-N）的屈服应力和最大应力增量最小。图3-4 冷轧后的应力变化曲线(五) 腹板孔除了骨架构件的悬臂部分之外，这里里采用的所有结构构件（即楼层和天花托梁、墙柱子和过梁）都假设为图A4-1和图A4-2里所示的最大孔直径。设计程序遵循AISI规范（AISI，1999）。图A4-1图A4-2(六) 孔补缀当最大孔直径超出了图A4-1和图A4-2里所示的要求时，就要进行加固（图A4-3和图A4-4）。当(a)越过腹板的宽度测量出孔的深度超过了腹板深 度的70%，和/或(b)沿着腹板的长度测量出孔的长度超过了254mm或超过了腹板的深度，取二者中的最大值，孔补缀详图（图A4-3和图A4-4）就 不适用

27、了。在实际应用中。一般需要加固的情况很少会遇到。图A4-3图A4-4设计中的妥协至于“梁”的腹部对于“梁”的抗弯强度贡献很小，在结构力学史上，还有一个很有趣的例子。1901年，瑞士桥梁工程师罗伯特马亚尔（Robert Maillart）发现他在因河上建造的佐兹桥有轻微的扭曲，在三角形桥身腹部中间还产生了裂缝（图3-8）。一般的工程师一定会被它（扭曲和裂缝）吓 坏，下次设计一定要加强三角形桥身腹部，以免发生同样的“错误”。罗伯特马亚尔却不这么认为，而是采用逆向思维，既然桥梁没有因这些裂缝而倒塌，那么那 些产生裂缝的区域就不再承受荷载，它们也一定是多余的。因而当罗伯特马亚尔在1905年设计塔瓦纳薩

28、桥时，就去掉了多余的（容易开裂的）桥身腹部部分， 从而创造了一种特殊和崭新的（空腹桥身）桥梁结构（图3-9）。并在以后又设计了很多类似结构的桥梁（图3-10，图3-11）。图3-8（1）图3-8（2）图3-9图3-10图3-11罗伯特马亚尔设计的塔瓦纳薩桥和中国隋代著名匠师李春于公元595年605年设计建造的赵州桥有异曲同工之处，李春还把“没有用”的三角形桥身腹部留出来作为泻洪孔（图3-12）。图3-121991年9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定为第十二个“国际土木工程里程碑”，并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑（图3-13）。图3-13由此可以看出，工程设计不一定非要

29、有精确的数学解。材料力学和工程力学的理论带有一定程度的近似性与理论力学中以数学演绎方法为主的计算特点有很大的 差别。另外，在复杂的工程实际问题中，对很多量（例如荷载的大小、材料的力学特性等）的了解又都不可能很精确。如果一味的去追求精确的数学解，就有点太迂 腐了。材料力学和工程力学的理论是建立在一些假设上，这些假设通常是根据实验和实践观察所得到的结果而提出的。按照理论分析所得到的结果的正确性需要通过实验和实践来检验。由此可见，实验和实践对于材料力学和结构力学中理论的建立具有非常重要的地位。1400多年前的李春和100多年前的罗伯特马亚尔并不知道如何计算结构的弯曲特性，也不会绘制图3-5那样的冲孔

30、尺寸对名义弯矩的性能曲线，不也一样 建造了举世瞩目的桥梁吗。即便是冷轧钢材结构构件设计规范（AISI，1986），当时也只是考虑了冷轧钢材构件的冷作硬化（或屈曲后）强度ya，并没有考虑构件组合在一起的“重复与复合作用”，设计时取安全系数=1.67（或b=rL/Lr平均/=1.52/1.67=0.91），虽然安全富裕太大了，但毕竟是有了一个可供操作的技术标准。直到冷轧钢材结构构件设计规范（AISI，1999），才不但考虑了冷轧钢材构件的冷作硬化（或屈曲后）强度ya，而且还考虑了构件组合在一起的“重复与复合作用”，所以设计时取b=0.95（或安全系数=rL/Lr平均/=1.52/0.95=1.60

31、）。由此可以看出，制定技术标准时不应该无休止的，漫无边际的，没完没了的讨论，而是先干起来再说，先制定一个简单的标准，哪怕是安全系数稍微大一点也无所 谓，只要能在以后的岁月里不断的去完善和提高标准就行了。不要期望一步到位，一劳永逸的制定一个几十年都不变化的技术标准。笔者认为，如果中国轻钢结构设计标准仍然取安全系数=1.67（或b=rL/Lr平均/=1.52/1.67=0.91），那么安全富裕就确实与目前国际上通行标准的差距太大了，而取b=0.95（或安全系数=rL/Lr平均/=1.52/0.95=1.60），又不太切合目前中国钢结构设计水平实际，因为中国目前的钢结构设计人员对轻骨架钢结构还很陌生

32、，又缺少工程实例支撑，所以，笔者认为取b=0.93（或安全系数=rL/Lr平均/=1.52/0.93=1.63）比较好，取1.63的“安全富裕”应该足够了，因为还有可观的“构件的重复与复合作用”可供使用。(八)在设计中的妥协因素已经把工程学定义为人类需要和希望应用的科学和艺术。这样的定义暗示工程学一定是一个很实际的事情，科学发现将会与人类的需求和愿望相吻合，而且有时能够 通过当时的紧急要求，通过妥协严格的工程设计，以应对特殊的情况。经常在做出什么是令人想要的决定之后，工程师接下来就要决定什么是可以接受的结果，于是 就要尽可能把各方意见尽量合拢到一起，通过变通和妥协，产生令人满意和可以达到的结果

33、。所以在设计、制造和安装冷轧钢骨架住宅时，不能死脑袋瓜，要学会变通和妥协。因为许多预期的住宅购买者都希望住宅结构最安全，装修最豪华，成本最低，但是 却没有足够的资金来（或心甘情愿的）支付制造结构最安全，装修最豪华的住宅。从省钱的观点来看，在设计一套住宅时，结构工程师有时必须要稍微偏离最佳效 果，例如，在设计计算方法不够精确，或缺少把握时，可以稍微放大一点安全系数（顶多是浪费一点材料），在计算方法足够精确时，就可以减低一点安全系数；建 筑师有时也必须要稍微偏离最佳效果，例如，PVC外墙挂板虽然不如雪松外墙挂板豪华，但在中国却是一个非常省钱的外墙装饰方案，当然，Stucco就更加 便宜了。对预期的

34、消费者解释妥协的确切特性是专业工程师的职责，好让他或她知道，采购一套冷轧钢骨架住宅就像采购一台汽车一样，性能与价格是紧密相关的。另外，经济因素和某些其它的考虑因素都可能要求偏离最佳效果。但偏离最佳效果，并非坏事，其性价比往往却是最优的。例如构件材料越厚，构件深度越深，楼层 振动幅度就越小，但成本却越高；越高档的装修材料，价格当然就越贵（但对于普通客户来说，选择高档装修材料有时只是满足心理上的需求，对住宅的外观和使用 并没有太大的影响）；家用电器，厨卫设备和暖通空调也是住宅成本中变化范围很大的一块，所以有时设计师还要为客户提供可选项目，由客户自己决定做选择。目前国内稍微高档一点的别墅，基本都不敢

35、采用沥青多彩瓦、金属瓦、PVC挂板、文化石、文化砖、Stucco等一些传统装修材料。不是它们不好看，主要原因是它们太便宜了。在轻骨架建筑设计和建造过程中，很多甲方在结构设计上，为多用那么几吨钢材（每顿也就67千块钱）斤斤计较，一些项目在OSB板上也下足了工夫，甚至不用OSB板，200300平方米的房子最多也就能抠下几万块钱。但省下这点钱，带来的却是后患无穷。在结构安全上抠的很的老板们，往往在装修上却痛下血本，一盏吊灯可能就要花掉他几万块钱，一点也不心痛，确实是很难以费解。这也中国建筑目前这种只顾面子，不顾里子的有趣现象之一。花了钱，把别墅打扮的漂亮了，也还好说。如果花了钱，把别墅打扮成“刘姥姥

36、”，就让人笑掉大牙了。轻骨架屋顶设计(一)轻骨架屋顶构造1.椽子屋顶这是最常见的轻骨架屋顶构造，主要是用于复杂屋顶造型。椽子屋顶又可以分为： 椽子加支柱（图3-1和图3-2）图3-1图3-2这是最常见的轻骨架屋顶构造，主要是用于复杂屋顶造型。 椽子加约束托梁（图3-3和图3-4）图3-3图3-4这种轻骨架屋顶构造比较少见，主要是用于难以加装支柱的复杂屋顶造型。1911年利用庚子赔款修建的清华学堂就是采用椽子加约束托梁的屋顶骨架结构（图3-5）。这可能是中国最早的，目前还存在的，由北美建筑师设计的轻木骨架建筑（11月13日凌晨，建于1911年的清华学堂起火，过火面积约3000平方米）。图3-51

37、00年前设计建造的清华学堂，其轻木骨架屋顶结构与今天的轻木骨架屋顶结构基本没有差别，像剪力撑、椽子、天花托梁、约束托梁，这样的结构构件应有尽有。也就是说，100多年前，轻木骨架建筑技术就已经定型，并非常成熟了。2.桁架屋顶这是最经济和容易安装的轻骨架屋顶构造，主要是用于简单的屋顶造型，稍为复杂一点的屋顶造型，就很难采用桁架构造了。桁架屋顶又可以分为： 标准桁架加四面坡桁架（图3-6）；图3-6 标准桁架加半片式桁架（图3-7和图3-8）；图3-7图3-8 桁架加椽子（图3-3）3.SIP屋顶SIP屋顶施工简单，并且保温性能好（图3-9）。图3-9（二）、屋顶布局（二）、屋顶布局正如在这栋住宅里

38、所见，在结构设计中，屋顶的形状可能扮演着重要的角色。图4-11. 简介在画屋顶布局图之前，必须深入考虑屋顶设计。建筑师或设计师通常是按照前面设计阶段画好的楼层布局和外立面来设计屋顶的基本形状。这并不意味着设计师在初期阶段要设计整个屋顶的结构系统，但是要设计出基本形状和所采用的屋顶材料类型。通过检查图4-1里的结构,可以容易的看到屋顶设计对结构有多大的影响。通常屋顶会呈现出比墙更大的视觉表面区域。正如图4-2所示，除了考虑美学之外，当墙面积充满了玻璃之后，屋顶也用来提供结构刚性。为了确保屋顶满足设计师的标准，通常是由设计师提供结构资料来画出屋顶布局图。为了画出屋顶布局，设计师应该弄懂屋顶布局的类

39、型，何种坡度，普通的屋顶形状，以及常用的屋顶材料。除了考虑美学之外，。当墙的结构含有大量的玻璃时，屋顶通常是用来抵抗风和地震力的。图4-22. 屋顶布局的类型屋顶区域的布局图不是屋顶布局，就是屋顶骨架布局。一些类型的屋顶也要画出屋顶排水布局。(1) 屋顶布局屋顶布局是用来显示屋顶的形状。正如图4-3所示，像屋顶材料、通风和他们的位置，以及屋面衬垫材料等，通常也要在屋顶布局中画出来。屋顶布局图纸比例一般要小于楼层布局图纸。屋顶布局通常采用1：100和1：200的比例。屋顶布局通常和在外立面画在同一张图纸上。在每个屋檐提供过滤通风。在所有阁楼屋檐通风处都用托梁间隔。在所有外露屋檐处，都采用12.7

40、mm外露夹板。在15#油毛毡上盖莫尼埃霍姆斯特德天然深灰色屋顶瓦。按照制造商说明书要求安装。由业主核实颜色和风格。安装之前提供桁架制造商图纸到建造商。显示屋顶形状的屋顶布局图图4-3(2) 屋顶骨架布局复杂的屋顶形状，以及大多数商业项目通常都需要屋顶骨架布局。屋顶骨架布局要显示出构建屋顶所需要的结构构件的尺寸和方向。图4-4显示了一张屋顶骨架布局的例子。在非常复杂的项目中，应该按照图4-5，显示每个骨架构件。屋顶骨架布局是用来显示屋顶骨架构件的。图4-4对于复杂屋顶，可以画出屋顶骨架布局，显示出每个结构构件的尺寸和位置。图4-5再次强调，与“万能建筑体系”（即钢筋混凝土建筑体系）不同，轻骨架建

41、筑的外形，尤其是屋顶的外形与构件之间存在着很强的内在联系，一切建筑造型都是根据构件布局顺势而成，而不是特意“雕塑”出来的。3. 屋顶坡度屋顶斜度，或坡度是描述屋顶的角度，用来比较水平方向和垂直抬起。当画立面和截面图时，就要显示坡度。在屋顶布局中必须显示出不同的屋顶坡度引起的相交。为了绘制出二个屋顶表面之间恰到好处的相交，设计师必须理解不同的屋顶坡度并绘制出来。图4-6显示了构想的坡度。设计师可以采用这种方法勾画出任何坡度的屋顶形状。可以通过调整已经绘出来的屋顶角度三角形，以节省测量屋顶抬起和延伸的时间。如果设计师知道某些角度一定合适，也能够画出屋顶坡度。知道4：12等于18.5度,，设计师就可

42、以绘制出正确的角度，而不需要绘制展开图。图4-7显示了普通屋顶坡度的角度。在确定屋顶坡度时，把角度表达为同样的单位来比较。只要水平和垂直单位是同等长度，单位可以是英寸、英尺、米等等。图4-6常用屋顶坡度和角度。角度显示的是近似值，并且只是用来画图的。大部分情况下，都应该根据实际的屋顶坡度（例如上面的4：12等）三角形来复制屋顶坡度，在通过延长手段来画出屋顶截面形状。施工中要采用专用角尺，或特制角尺来画线切割轻骨架构件。图4-74.屋顶形状分类： 轻骨架建筑设计与施工 平屋顶的常用结构构件图4-84.屋顶形状通过变化屋顶坡度，设计师就可以变化屋顶的形状。普通的屋顶形状包括平屋顶、棚屋顶、山墙屋顶

43、、塔形屋顶、复斜屋顶、四面坡屋顶和双重斜坡的屋顶。(1) 平屋顶在少雨雪地区，平屋顶是很普通的。除了在住宅建筑里应用外，平屋顶通常是用在商业建筑上，以便为加热或其它机械设备提供一个平台。平屋顶建造起来经济的， 因为取消了天花托梁，并且是用椽子来支撑屋顶和天花荷载。图4-8通常用于构建平屋顶的骨架材料。图4-9显示了如何在屋顶布局图中显示平屋顶。在平面图中看平屋顶图4-9通常平屋顶的椽子稍微有一点坡度。经常采用2mm/m（2%坡度），以便屋顶落水。一旦水流到边缘，通常放在檐口的金属导向件就能够防止往通道上滴水。沿 着平屋顶四周经常有一个小矮墙，或女儿墙。图4-10提供了一个小矮墙例子。这面墙可以

44、用来装饰或保护机械设备。当采用女儿墙时，就必须要在屋顶布局图中 显示出来。经常在平屋顶的四周布置女儿墙，以隐藏屋顶机械设备。应该在屋顶布局中显示墙的厚度。图4-10(2) 棚屋顶正如图4-11所示，和平屋顶一样，棚屋顶提供了一个简单和经济的建造方法，但是没有平屋顶所涉及的排水问题。图4-12显示了棚屋顶的建造方法。可以建 造任何坡度的棚屋顶。屋顶材料和美学考虑只是限定坡度的因素。正如图4-13所示，在布局图中画出的棚屋顶类似于平屋顶。许多现代住宅都兼有平屋顶和棚屋顶，以产生令人满意的设计。图4-11棚屋顶的常用结构构件。图4-12在平面布局图中看棚屋顶图4-13(3) 山墙屋顶正如图4-14所示，山墙屋顶是住宅建筑中最普通的屋顶类型之一，在支撑墙之间采用二个棚屋顶就形成了一个屋脊。图4-15显示了山墙屋顶系统的建造。可 以采用任何坡度拉来建造山墙，坡度限制只有屋顶材料和想要的效果。在设计中采用山墙屋顶看起来是传统的外观和对称均衡。图4-16显示的山墙屋顶是布局图 里典型的代表。许多布局都采用二个或更多的相互成90度的山墙。山墙表面的交叉线就称为四面坡或屋谷。通常，都要在屋顶布局中指明屋谷和四面坡。山墙屋顶是在二个平面之间的二个交叉平面形成的尖峰（屋脊）。