門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中常見問題探討

段旭松

(攀枝花中冶實(shí)久勘察設(shè)計(jì)院有限公司,四川攀枝花 617000)

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中常見問題探討

段旭松

(攀枝花中冶實(shí)久勘察設(shè)計(jì)院有限公司,四川攀枝花 617000)

輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)應(yīng)用和發(fā)展速度最快的新型結(jié)構(gòu)形式,近年來在工業(yè)廠房及公共民用建筑中得到廣泛應(yīng)用。文中就門式剛架設(shè)計(jì)、施工中遇到的一些問題作探討,希望通過本文論述能對(duì)工程技術(shù)人員有所幫助。

門式剛架; 輕鋼結(jié)構(gòu); 特點(diǎn); 設(shè)計(jì)與施工

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式,近年來在國內(nèi)發(fā)展迅速,并得到了廣泛應(yīng)用。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)以門形剛架為結(jié)構(gòu)受力體系,圍護(hù)結(jié)構(gòu)為薄壁C型或Z型鋼檁條和彩色壓型鋼板。

本文通過對(duì)門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的工程實(shí)踐,對(duì)該種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)注意的問題作如下初步分析和探討。

1 門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 用鋼量少,自重輕

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)采用防水、圍護(hù)一體化的輕質(zhì)多功能新型屋面和墻體材料,大大減輕了荷載重量。其承重構(gòu)件普遍采用高強(qiáng)鋼材,以減輕結(jié)構(gòu)自重。通常門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的重量只有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的 1/8～1/10,是普通鋼結(jié)構(gòu)重量的 1/2～1/3。

1.2 適應(yīng)性強(qiáng)

門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的跨度、柱距布置靈活,單跨、多跨可隨意組合,可應(yīng)用于不同工藝、不同規(guī)模、不同用途的各類建筑中。

1.3 施工速度快、周期短

鋼構(gòu)件工廠化生產(chǎn)效率高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定,工地拼裝,施工簡便、迅速、工期短。一般 5 000～10 000m2的單層工業(yè)廠房工期僅需 3個(gè)月。

1.4 符合“美觀、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”的原則

造價(jià)合理,投資見效快,綜合經(jīng)濟(jì)效益好。空間使用率高,外觀新穎別致,時(shí)代感強(qiáng)。

2 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

2.1 荷載取值

2.1.1 剛架恒荷載

采用軟件計(jì)算時(shí),剛架自重一般都由軟件自動(dòng)集成,而屋面板、檁條、支撐等荷載按線荷載加到剛架梁上進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)屋面板厚度等于或小于 6mm時(shí),屋面板、檁條、支撐重量建議按如下取值:單層板時(shí)取 0.15～0.20 kN/m2;雙層板時(shí)取0.20～0.25 kN/m2。

2.1.2 鋼架活荷載

(1)計(jì)算屋面板和檁條時(shí),活荷載要采用0.5 kN/m2。《門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102:2002)規(guī)定:不上人屋面的活荷載為0.5 kN/m2,但鋼架的受荷載面積大于 60 m2的可乘折減系數(shù) 0.6。門式剛架一般符合此條件,所以在計(jì)算鋼架時(shí)一般可用 0.3 kN/m2。根據(jù)國外資料,門式輕鋼結(jié)構(gòu),一般要考慮0.15～0.5 kN/m2的附加荷載,而我國現(xiàn)行規(guī)范無此規(guī)定,如遇到暴風(fēng)雪等情況,有時(shí)就會(huì)出安全問題。因此在梁和檁條已較小的這類門式輕鋼鋼架中,不應(yīng)再出現(xiàn)有明顯克扣活荷載的情況。

(2)鋼架風(fēng)荷載,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼗練夂驐l件按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001)取值,但風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102-2002)進(jìn)行取值計(jì)算。如果風(fēng)荷載體型系數(shù)仍然按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001)取值時(shí),風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以 1.1的增大系數(shù),否則風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)小于《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102-2002)的要求,在風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)會(huì)存在隱患。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì),減少用鋼量

2.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算

必須按照《門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 102: 2002)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,而不能沿用現(xiàn)行的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003)進(jìn)行門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。

2.2.2 選用合理的柱網(wǎng)布置

在門式剛架中,主剛架和檁條的用鋼量占 90%以上,在相同的荷載條件下,柱網(wǎng)布置不同,對(duì)主鋼架和檁條的用鋼量影響很大。因此,在滿足工藝要求的同時(shí),要選擇經(jīng)濟(jì)用鋼量的柱距和跨度。經(jīng)過多個(gè)工程設(shè)計(jì)用鋼量的統(tǒng)計(jì),筆者建議柱距采用 6～8m,跨度不宜大于 36m。

2.2.3 設(shè)計(jì)中要選擇合理的構(gòu)件截面形式和支承方式

檁條要選用薄壁寬肢的C型、Z型,而鋼架一般采用 H型截面。當(dāng)荷載一定時(shí),連續(xù)支承構(gòu)件比簡支構(gòu)件的截面要小,因此在輕型門式剛架中屋面檁條和墻面檁梁均宜采用連續(xù)支承方式。

2.2.4 構(gòu)件截面選擇

采用楔形構(gòu)件和變截面構(gòu)件同時(shí)變化翼緣厚度和腹板厚度,可顯著節(jié)省鋼材。

2.2.5 對(duì)檁條在風(fēng)吸力作用下的下翼緣失穩(wěn)的驗(yàn)算

薄壁型鋼規(guī)范是不考慮屋面蒙皮作用,計(jì)算結(jié)果很不經(jīng)濟(jì)。屋面壓型鋼板蒙皮作用可提高檁條上翼緣承載力約10%,提高下翼緣、腹板承載力約 6%,對(duì)門式剛架承載力也將會(huì)有很大的提高。壓型鋼板屋面蒙皮作用對(duì)檁條上翼緣提供側(cè)向支撐是不成問題的,但對(duì)檁條下翼緣失穩(wěn)承載力的影響,暫無成熟的計(jì)算方法,國內(nèi)外的試驗(yàn)表明屋面蒙皮作用對(duì)檁條下翼緣扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的約束是非常明顯的。

屋面蒙皮作用也可用于門式剛架梁的平面外穩(wěn)定,即平面外穩(wěn)定計(jì)算時(shí),其平面外支點(diǎn)可以采用檁條之間距,而不是采用水平支撐的間距。一般平面外計(jì)算長度建議按 3 m采用。墻面壓型鋼板的蒙皮作用也是人們討論的問題,應(yīng)該說墻體蒙皮作用是可以考慮的。但門式輕鋼鋼架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),考慮到鋼架斷面尺寸已較小,建議不考慮墻皮的蒙皮作用。

2.3 板型設(shè)計(jì)

板型對(duì)建筑物的外觀及使用效果影響很大,如屋面板施工中采用暗扣式壓型彩板,此板為咬邊隱蔽連接,防水、防腐、防風(fēng)性能優(yōu)于其它板型。經(jīng)咬邊成型后的屋面無螺栓孔,保證屋面板各處同等使用壽命,表面光潔美觀。因此設(shè)計(jì)中不僅要寫明板的材料,還應(yīng)注明板型。

2.4 包角和屋脊的設(shè)計(jì)

包角設(shè)計(jì)不好,直接影響外觀效果和使用性能。壓型鋼板屋面漏水問題大部分集中在屋脊處,設(shè)計(jì)中可考慮采用雙層屋脊蓋板的做法,這樣既能防止雨水由于風(fēng)力作用而倒灌,又能防止上層屋脊蓋板涂敷密封膏不嚴(yán)而漏水。

3 施工中應(yīng)注意的質(zhì)量問題

3.1 鋼架柱拔出

有的剛架遇大風(fēng)時(shí)柱子被拔起,這是工程中常出現(xiàn)的事故。主要原因不是剛架計(jì)算失誤,而是設(shè)計(jì)柱間支撐時(shí),未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向長度較短時(shí),若只設(shè)置少量柱間支撐來抵抗縱向風(fēng)荷載,則支撐傳給柱腳的拉力很大,而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施,很可能將柱子拔起。因此,在風(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時(shí),在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造,例如錨栓端部設(shè)錨板等。

3.2 廠房結(jié)構(gòu)的安裝

鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)未形成空間穩(wěn)定體系,一遇大風(fēng)等情況時(shí)鋼架倒塌,因此鋼結(jié)構(gòu)安裝必須按施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行。先從有柱間支撐、屋面支撐的兩榀剛架開始,剛架安裝完成后隨即安裝系桿、支撐,使結(jié)構(gòu)形成空間穩(wěn)定體系。避免工程質(zhì)量事故。同時(shí)安裝過程中有偏差應(yīng)采取措施調(diào)整,不得強(qiáng)行就位,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的永久塑性變形。

3.3 端板合不攏

端板連接部位是門式鋼架結(jié)構(gòu)的重要受力位置。由于加工要求不嚴(yán),而腹板與端板間又有夾角偏差,多數(shù)工程兩塊端板完全對(duì)不攏,兩塊端板間出現(xiàn)縫隙,嚴(yán)重影響高強(qiáng)螺栓的受力,安裝時(shí)強(qiáng)行用高強(qiáng)螺栓拉在一起,仍留下縫隙,嚴(yán)重影響工程質(zhì)量。

3.4 錨栓不垂直

鋼架柱柱腳底板水平度差,地腳錨栓不垂直,柱子安裝后不在一條直線上,東倒西歪,使房屋外觀很難看。建議鋼架安裝時(shí)地腳錨栓在柱腳底板下增加一個(gè)調(diào)平螺帽,先將柱腳底板調(diào)平后,最后再用無收縮砂漿二次灌漿填實(shí)。

3.5 高強(qiáng)螺栓施工

高強(qiáng)螺栓應(yīng)做預(yù)應(yīng)力、抗滑移、抗扭等試驗(yàn)。高強(qiáng)螺栓應(yīng)自由穿入螺栓孔,螺栓孔如有不重合或有偏差時(shí),應(yīng)進(jìn)行修整,但不允許氣割擴(kuò)孔。連接摩擦面應(yīng)保持干燥、整潔,不應(yīng)有飛邊、毛刺、焊接飛濺物、污垢等。除設(shè)計(jì)有要求外,摩擦面不應(yīng)涂裝。安裝高強(qiáng)螺栓時(shí)要用校正過扭矩值的扭力扳手?jǐn)Q緊,其扭矩值偏差不得大于 5%,高強(qiáng)螺栓連接終擰后,其外露的絲扣不得小于 2扣。

3.6 除銹和涂裝

涂裝前表面除銹要均勻徹底,處理后的表面不得有焊渣、焊瘤、灰塵、油污、水、毛刺等。除銹后應(yīng)及時(shí)涂刷防銹底漆。刷漆時(shí)應(yīng)保護(hù)柱腳二次澆灌混凝土處不得刷漆。涂層厚度要均勻,與基層附著要牢固,不得出現(xiàn)起皮鼓泡現(xiàn)象。

3.7 地腳錨栓施工

地腳錨栓在基礎(chǔ)中的精確預(yù)埋一直是土建施工中存在的常見質(zhì)量問題,預(yù)埋錨栓位置的固定和澆筑混凝土過程中錨栓不變形、錯(cuò)位是難點(diǎn)。施工過程很容易引起錨栓傾斜導(dǎo)致鋼架柱安裝困難;錨栓下沉則直接導(dǎo)致錨栓螺紋段長度不足,只能用單螺母固定,不滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)中雙螺母的要求。因此施工時(shí)應(yīng)采取措施保證錨栓位置精確。

3.8 柱底抗剪件孔洞的預(yù)留

鋼架柱腳地腳錨栓只能承受拉力,鋼架柱底剪力靠剪力件承受。施工時(shí)土建單位一般忽略抗剪件孔洞的預(yù)留,等到吊裝鋼架柱時(shí)才發(fā)現(xiàn)無預(yù)留洞,需要重新鑿洞,直接影響工期和造價(jià)。所以施工時(shí)應(yīng)注意抗剪件孔洞的留設(shè)。

總之,在門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的工程中,首先必須做好優(yōu)化設(shè)計(jì)工作,合理布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、細(xì)部處理周到。施工中要嚴(yán)格控制進(jìn)場材料的質(zhì)量,把好鋼構(gòu)件的加工制作關(guān),控制好土建施工和鋼構(gòu)安裝質(zhì)量,關(guān)鍵部位實(shí)施旁站,才能創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)工程。

[1] CECS 102:2002門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[2] GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]

[3] GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4] 包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究院,中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000

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2010-01-06