輕鋼結(jié)構(gòu)次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題與監(jiān)督

孔長青

2008年1月10日全國19個省級行政區(qū)均發(fā)生了雪災(zāi)、冰凍等自然災(zāi)害。交通運(yùn)輸、電力輸送、通訊發(fā)生中斷，房屋設(shè)置受損，造成了人民生命和財產(chǎn)的巨大損失。在建筑領(lǐng)域災(zāi)害主要造成輕鋼廠房和廠房的輕鋼屋面的破壞。南京江寧區(qū)也有一些輕鋼廠房和設(shè)施的損壞 （其中包括施工圖紙已經(jīng)過施工圖審查機(jī)構(gòu)審查合格的工程）。災(zāi)后對這些廠房的破壞情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然實際雪荷載超過了設(shè)計值，但輕鋼結(jié)構(gòu)的次結(jié)構(gòu)（以下簡稱次結(jié)構(gòu)）在這次雪災(zāi)中卻成為結(jié)構(gòu)破壞的突破口。這是因為壓型鋼板與檁條等次結(jié)構(gòu)提供主結(jié)構(gòu)的側(cè)向支撐，確保平面外穩(wěn)定，一個構(gòu)件的破壞將導(dǎo)致連鎖反應(yīng)引起整個系統(tǒng)的破壞，因此要求屋面板、檁條應(yīng)具有抵抗超載的能力。這就要求加強(qiáng)次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制和質(zhì)量監(jiān)督，消除結(jié)構(gòu)隱患，提高結(jié)構(gòu)的安全儲備。根據(jù)調(diào)查情況，從工程設(shè)計、施工兩個方面進(jìn)行分析，總結(jié)次結(jié)構(gòu)存在的主要問題、產(chǎn)生原因以及改進(jìn)措施。根據(jù)問題，我在正常的工程質(zhì)量監(jiān)督控制基礎(chǔ)上加強(qiáng)了對次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)督，提出了一些監(jiān)督措施，還結(jié)合規(guī)范提出一些建議。

一、次結(jié)構(gòu)的定義

次結(jié)構(gòu)在輕鋼結(jié)構(gòu)中主要是檁條、墻架柱、墻梁以及附屬構(gòu)件。屋面和墻面承受風(fēng)、雪等結(jié)構(gòu)荷載的作用，并將這些荷載通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳到次結(jié)構(gòu)上。次結(jié)構(gòu)接受由屋面及墻面?zhèn)鱽淼暮奢d，并將其均勻地傳到鋼架梁、柱上，同時對鋼架梁、柱提供有效的側(cè)面約束。

二、次結(jié)構(gòu)存在的主要質(zhì)量問題、原因以及改進(jìn)措施

1.設(shè)計方面的主要質(zhì)量問題、原因以及改進(jìn)措施

雖然設(shè)計圖紙一般通過了施工圖審查機(jī)構(gòu)的審查，但審查機(jī)構(gòu)一般重點(diǎn)對主結(jié)構(gòu)進(jìn)行審查，次結(jié)構(gòu)的審查深度有限。次結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的質(zhì)量問題得不到重視，直接影響到工程質(zhì)量，因此應(yīng)特別注意。

（1）設(shè)計未進(jìn)行設(shè)計交底或交底不清楚

原因分析：設(shè)計交底是設(shè)計為了使參加工程建設(shè)各方了解工程設(shè)計的主導(dǎo)思想、材料構(gòu)配件的使用等要求、施工中應(yīng)當(dāng)特別注意的事項、掌握工程關(guān)鍵的技術(shù)要求、保證工程質(zhì)量所進(jìn)行的系統(tǒng)的技術(shù)交底工作。由于部分設(shè)計人員對次結(jié)構(gòu)不重視或認(rèn)識不清，從而不進(jìn)行次結(jié)構(gòu)交底或交底不清楚，不能指定施工。

改進(jìn)措施：設(shè)計人員應(yīng)認(rèn)識到設(shè)計交底的重要性，加強(qiáng)對次結(jié)構(gòu)的設(shè)計交底，并做好設(shè)計交底記錄。

（2）設(shè)計圖紙對次結(jié)構(gòu)設(shè)計深度不夠，如通常只標(biāo)注板厚，未標(biāo)注板型與檁條的連接方式，可能造成結(jié)構(gòu)計算模型與實際不符，存在安全隱患。

原因分析：大量采用的實腹式檁條的計算在《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018－2002及《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002（以下簡稱《門式剛架規(guī)程》）中均把屋面板能否阻止檁條的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)作為計算條件，相應(yīng)的計算公式也不同。 《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018－2002認(rèn)為只有屋面板材與檁條有牢固的連接，即用自攻螺釘、螺栓、拉鉚釘和射釘?shù)扰c檁條牢固連接且屋面板材有足夠的剛度，才能認(rèn)為能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，可不驗算其穩(wěn)定性。目前大量使用的單層暗扣板或者冷斷橋支座固定的屋面，在支座處均可以產(chǎn)生縱向滑移，支座在檁條上有一定的轉(zhuǎn)動能力，均不能認(rèn)為可以阻止檁條的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)。另外，屋面板厚和板型選擇如果不合適，不能保證其有足夠的剛度，也應(yīng)不能認(rèn)為可以阻止檁條的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)。有些設(shè)計人員計算時不注意計算的技術(shù)限定條件，造成計算模型與圖紙做法不符，存在一定的結(jié)構(gòu)質(zhì)量隱患。

改進(jìn)措施：加強(qiáng)圖紙的設(shè)計深度，使圖紙設(shè)計與計算模型、計算條件一致，提高設(shè)計圖紙的質(zhì)量。

（3）冷彎薄壁型鋼檁條屋面，當(dāng)檁條跨度大于4m時，未合理設(shè)置拉條、斜拉條及撐桿體系。

原因分析：冷彎薄壁型鋼檁條通常采用Z型鋼和卷邊槽鋼檁條，由于其重心高，弱軸抗彎能力差。當(dāng)檁條跨度大于4m時，應(yīng)設(shè)置拉條、斜拉條及撐桿體系，以提高其側(cè)向剛度與承載力，減少其在安裝和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)。

改進(jìn)措施：根據(jù)《門式剛架規(guī)程》CECS102第 6.3.5條和 6.3.6條的規(guī)定，當(dāng)檁條跨度大于 4m不大于6m時，應(yīng)在檁條跨中設(shè)置一道拉條，當(dāng)檁條跨度大于6m時，應(yīng)在檁條跨度 3分點(diǎn)處各設(shè)一道拉條，拉條宜設(shè)置在距檁條上翼緣 1／3腹板高度范圍內(nèi)。為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩(wěn)，在設(shè)置拉條的同時，應(yīng)在檐口處增設(shè)斜拉條和撐桿；為了承受屋面的坡向分力，在屋脊處 （有天窗時在天窗處）亦應(yīng)增設(shè)斜拉條和撐桿；當(dāng)屋面坡面過大時，在檐口和屋脊之間的適當(dāng)位置必要時也宜增設(shè)斜拉條和撐桿。當(dāng)門式剛架跨度不大、屋面對稱屋脊布置且坡度較小時，屋脊處可不設(shè)斜拉條和撐桿。拉條應(yīng)根據(jù)最大的屋面坡向分力按拉桿計算確定，撐桿則按壓桿設(shè)計，如圖1所示：

圖1 檁條間拉條布置示意

當(dāng)采用圓鋼做拉條時，圓鋼直徑不宜小于10mm。當(dāng)在風(fēng)吸力作用下檁條下翼緣受壓時，拉條宜在檁條上下翼緣附近適當(dāng)布置。當(dāng)采用扣合式屋面板時，拉條的設(shè)置應(yīng)根據(jù)檁條的穩(wěn)定計算確定。

（4）長坡屋面檁條的拉桿和斜拉桿孔在較大荷載作用下，孔壁先于拉桿屈曲破壞。

原因分析：長坡屋面水平分力較大，實腹式檁條多采用冷彎薄壁型鋼，孔壁承載能力不如拉條，在雪災(zāi)等高荷載作用下易先于拉桿破壞。

改進(jìn)措施：加強(qiáng)對檁條孔壁承載力的驗算；長坡屋面適當(dāng)增加一些斜拉條，使水平分力分段導(dǎo)向主結(jié)構(gòu)梁上；加強(qiáng)孔壁處的構(gòu)造措施，如加設(shè)墊板等構(gòu)造措施來提高孔壁的承載能力。

（5）設(shè)計時未充分考慮到雪荷載的不利布置和大風(fēng)作用對次結(jié)構(gòu)的影響。

原因分析：雪在屋面上堆積由于屋面坡度的大小、形式以及風(fēng)的作用，產(chǎn)生了雪的不均勻分布。特別是高低跨以及女兒墻根部易造成雪的“堆積”現(xiàn)象，以及融雪后雨水管凍結(jié)，造成屋面局部荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009－2001（以下簡稱荷載規(guī)范）的設(shè)計值。在臺風(fēng)作用地區(qū)，由于風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過荷載規(guī)范設(shè)計值，經(jīng)常造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。

改進(jìn)措施：從災(zāi)害情況看，門式剛架結(jié)構(gòu)對雪載非常敏感，應(yīng)提高雪荷載的承載能力。在荷載規(guī)范不能改動的情況下，設(shè)計人員可加大其不均勻系數(shù)，來確保其在極端不利布置時的結(jié)構(gòu)安全；在構(gòu)造上加強(qiáng)對不利部位構(gòu)件的加強(qiáng)措施，提高安全儲備。對于臺風(fēng)作用地區(qū)，為防止風(fēng)災(zāi)，有必要在屋面四周檁條適當(dāng)加密，周邊加設(shè)防臺風(fēng)錨栓。

2.施工方面存在的主要質(zhì)量問題、原因及改進(jìn)措施

鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)大都成立時間較晚，從業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)普遍較差，制作、安裝、管理水平均較低，質(zhì)量、安全事故層出不窮。施工方面是造成質(zhì)量問題的主要原因。次結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）不認(rèn)真仔細(xì)熟悉審查圖紙。

原因分析：施工的依據(jù)是合法有效的圖紙。對圖紙認(rèn)真仔細(xì)的熟悉和審查是施工單位在開工前必須做到的。有些施工單位不認(rèn)真仔細(xì)熟悉審查圖紙，參加圖紙會審流于形式，不能解決實際施工問題。工程深化設(shè)計水平差，對圖紙中不清楚的部分不能及時與設(shè)計溝通，常常按照以往經(jīng)驗施工。如現(xiàn)場施工過程中有施工單位將設(shè)計單位設(shè)計的連續(xù)檁條施工成簡支檁條的情況。

改進(jìn)措施：施工單位應(yīng)加強(qiáng)對圖紙的熟悉和審查，特別是設(shè)計深度不足的圖紙應(yīng)在充分了解設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，對設(shè)計圖紙進(jìn)行深化設(shè)計，并在報原設(shè)計確認(rèn)后方可進(jìn)行制作加工。對一些不常用的材料及構(gòu)造作法，施工單位應(yīng)引起注意，加強(qiáng)制作與安裝的交底。

（2）為安裝方便，隨意改變設(shè)計構(gòu)造作法。

原因分析：由于施工單位從業(yè)人員專業(yè)素質(zhì)低，企業(yè)管理水平差，造成鋼結(jié)構(gòu)施工精度差。為了工程能安裝完成，施工單位在構(gòu)件制作時，經(jīng)常改變設(shè)計構(gòu)造作法。例如將檁條上的拉桿孔、隅撐安裝孔等安裝孔由設(shè)計的圓孔改為長圓形孔，或在無法安裝時采用電焊進(jìn)行構(gòu)件固定、用天溝代替邊檁等。以上行為均造成連接方式或作法與設(shè)計圖紙不符，存在結(jié)構(gòu)隱患。

改進(jìn)措施：制作廠家必須按照經(jīng)原設(shè)計認(rèn)可的深化設(shè)計圖紙進(jìn)行制作。加強(qiáng)安裝工人的技術(shù)培訓(xùn)，提高安裝工藝水平和精度。若產(chǎn)生制作誤差、安裝誤差后，施工應(yīng)拿出處理方案報原設(shè)計認(rèn)可后進(jìn)行整改施工，并做好整改記錄。

（3）檁條的拉撐桿設(shè)置不按設(shè)計圖紙施工，且緊固程度差。

原因分析：設(shè)計圖紙拉桿、撐桿設(shè)置的方式以及安裝在檁條的位置是由檁條的穩(wěn)定計算所決定的。施工單位在施工時有時按照經(jīng)驗或常見作法設(shè)置，布置在檁條中部或上部三分之一處，且張拉緊固程度差，可能造成與圖紙不符。在雪荷載作用下，拉、撐桿不能對檁條進(jìn)行有效約束，引起檁條的變形破壞。

改進(jìn)措施：施工單位在施工前應(yīng)加強(qiáng)交底，明確檁條間拉、撐桿的設(shè)置方式。施工時應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙要求施工。施工完畢后應(yīng)加強(qiáng)對螺帽緊固程度的檢查，確保緊固到位。對于受力較大部位，建議設(shè)置雙螺帽防止松弛。

（4）隅撐設(shè)置不符合設(shè)計要求，特別是在有內(nèi)襯板時。

原因分析：隅撐設(shè)置的主要作用是約束梁、柱的受壓翼緣，防止其平面外失穩(wěn)。其兩端支座分部設(shè)置在檁條和受壓翼緣或附近的腹板加勁肋上。在檁條下部設(shè)置內(nèi)襯板時，施工單位為了安裝美觀，將隅撐用自攻螺釘與內(nèi)襯板和檁條下翼緣固定。在荷載較大時自攻螺釘剪斷，隅撐失效。

改進(jìn)措施：隅撐必須用螺栓直接連接到檁條的腹板上。在有內(nèi)襯板時，應(yīng)在板上開槽，確保隅撐的受力。自攻螺釘只能用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不能用于次結(jié)構(gòu)。

三、次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)督措施

針對次結(jié)構(gòu)存在的設(shè)計、施工方面的主要問題，在正常的工程質(zhì)量監(jiān)督基礎(chǔ)上增加一些監(jiān)督措施，來確保次結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

1.加強(qiáng)對參建各方責(zé)任主體行為監(jiān)督的措施

在對參建各方責(zé)任主體行為監(jiān)督方面，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計交底和施工單位圖紙會審的監(jiān)督。要求施工單位對設(shè)計圖紙進(jìn)行深化，將深化設(shè)計圖紙報原設(shè)計認(rèn)可后方可進(jìn)行制作加工。

2.加強(qiáng)對次結(jié)構(gòu)實體質(zhì)量監(jiān)督的措施

（1）加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)吊裝前構(gòu)件制作質(zhì)量、材料堆放條件等的監(jiān)督檢查

在吊裝前對次結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)督抽查，重點(diǎn)檢查其質(zhì)量保證資料情況、外觀質(zhì)量以及是否按圖施工。次結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身剛度差，易變形和銹蝕。現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置有效的堆放場地，防止變形和銹蝕。對不符合要求的構(gòu)件，應(yīng)按照施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求進(jìn)行處理。

（2）建立施工樣板

要求施工單位在施工過程中，在第一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)單元形成后，設(shè)置次結(jié)構(gòu)樣板，各方責(zé)任主體認(rèn)可后，再進(jìn)行大面積施工。

（3）加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的抽查

結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件包括屋脊、檐口、女兒墻根部等，均可能是受力較大的部位，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督抽查，確保次結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量。

四、總 結(jié)

通過增加上述針對次結(jié)構(gòu)質(zhì)量監(jiān)督的措施后，我區(qū)輕鋼結(jié)構(gòu)次結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量水平得到了一定水平的提高。但從大環(huán)境來說，提高輕鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平仍有很長的路要走。目前，設(shè)計方面多采用優(yōu)化設(shè)計、滿應(yīng)力設(shè)計，使輕鋼結(jié)構(gòu)的安全儲備很小；施工方面的材料供應(yīng)情況、制作和加工水平均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，造成輕鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平普遍較低。

另一方面，從設(shè)計規(guī)范來看，荷載規(guī)范與輕鋼結(jié)構(gòu)存在先天的不匹配，CECS102：2002中對雪荷載的規(guī)定與實際有一定差距，并且構(gòu)造措施也不能滿足實際的需要；從施工規(guī)范看， 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205－2001規(guī)定在單層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程驗收中，檁條、墻架等次結(jié)構(gòu)的驗收為一般項目，要求不是很高，重視程度不足。

五、建 議

1.建議CECS102：2002修訂時，對雪災(zāi)、臺風(fēng)等極端天氣對輕鋼結(jié)構(gòu)影響情況應(yīng)有所考慮，構(gòu)造措施應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。

2.建議 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205－2001修訂時，對單層鋼結(jié)構(gòu)安裝工程驗收中，檁條、墻架等次結(jié)構(gòu)的驗收該為主控項目。

3.經(jīng)歷過雪災(zāi)和風(fēng)災(zāi)的輕鋼結(jié)構(gòu)，建議對次結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，防止由于螺栓的松弛、次結(jié)構(gòu)的變形造成承載能力的下降。

［1］GB50018－2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范.

［2］CECS 102：2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.

［3］GB50009－2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.

［4］GB50205－2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范.

［5］薛發(fā).暴風(fēng)雪中輕鋼結(jié)構(gòu)房屋受災(zāi)調(diào)查與受損思考. 建筑結(jié)構(gòu)，2007.11，9－10