門式剛架輕型房屋鋼結構設計施工技術研究

王紅偉 李 丹

（黑龍江省農(nóng)墾建筑設計院寶泉嶺分院，黑龍江 寶泉嶺 154211）

在建筑施工中，門式剛架輕型結構體系是近年來在鋼結構建筑中應用相當廣泛的一種結構形式。它是用等截面或變截面的焊接H型鋼作為梁柱，以冷彎薄壁型鋼作為檁條、墻梁、墻柱，以彩鋼板作為屋面板及墻板，現(xiàn)場用螺栓或焊接拼接的門式剛架為主要承重結構，再配以零件、扣件、門窗等形成的比較完善的建筑體系，即門式剛架輕型結構體系。這種體系可以在工廠批量生產(chǎn)，現(xiàn)場按要求拼裝形成。能有效地利用材料，構件尺寸小，自重輕，抗震程度高，施工安裝方便，建設周期短，能夠形成大空間、大跨度，具有外表美觀，造價低，易維護等特點。

1 門式剛架輕型結構概述

門式剛架輕型結構體系在國外應用極為廣泛。在我國，隨著壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的引進和發(fā)展，輕型門式剛架體系也引起了普遍的重視，應用越來越廣泛，逐漸成為許多工業(yè)和民用建筑的首選體系。門式剛架輕型結構體始于美國。日本和歐洲門式剛架輕型結構體系的應用也較多，但美國的門式剛架輕鋼結構體系發(fā)展最快，應用也最廣泛。由于門式剛架輕鋼結構具有許多其他結構所不具備的有點，而且經(jīng)濟效益十分顯著，因此這種結構一經(jīng)推出就得到廣泛的應用。我國門式剛架結構體系起步較晚，是在引進國外相關材料和軟件的基礎上發(fā)展起來的。早在20世紀60年代初，我國就對由焊接的工字形截面組成的門式剛架輕型結構進行了研究試驗，主要是剛架的塑形設計，并應用于試點工程中。但是，由于我國多年來一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對建筑鋼結構采用限制使用的政策，因此，門式剛架結構體系未得到長足的發(fā)展，無論是設計水平，還是施工水平，與國外相比，都有較大的差距。近幾年來，隨著我國鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的出現(xiàn)和大批量的生產(chǎn)，特別是《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》（CECS 102:98）頒布實施，門式剛架輕型房屋鋼結構在我國大量涌現(xiàn)，門式剛架輕型結構體系得到較廣泛的應用，推動了我國的設計、成型一體化進程。許多大型鋼結構公司都增加了門式剛架輕型結構體系的生產(chǎn)線。程序化設計已經(jīng)取代了手工設計，國外設計軟件逐漸被我國自行編制的設計軟件所代替。據(jù)有關資料統(tǒng)計，到2000年我國已建成的此類結構已達800×104m2以上，而且以每年100×104m2以上的速度增長。

2 設計方面

2.1 屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kN/m2已沿用多年，不打算修改。但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2。《鋼結構設計規(guī)范》征求意見稿規(guī)定屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規(guī)范保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，遇到超載情況，就要出安全問題。現(xiàn)在有的框架梁太細，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。

2.2 屋脊垂度要控制

框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度，框架分析，一般是將構件分段，用等截面程序計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形?，F(xiàn)在打算做個規(guī)定，剛架側移后，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小于1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。

2.3 鋼柱換砼柱

少數(shù)單位設計的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動和破壞。還有的單位，在門式剛架設計好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構件內(nèi)力也不同，要的工程斜梁很細，可能與此有關。

2.4 檁條計算不安全

檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應采用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。再有，設計人員往往忽略強度計算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強度計算不用凈截面，實際應力將高于計算值。《規(guī)程》3.1.7條規(guī)定：“結構構件的受拉強度應按凈截面計算，受壓強度應按有效截面計算，穩(wěn)定性應按有效截面計算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計算”。國外檁條普遍采用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。如果用Q235的，計算時不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。

3 施工方面

3.1 剛架柱問題

有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現(xiàn)的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，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，在風荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。

3.2 端板合不上

端板連接是結構的重要部位。由于加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質(zhì)量。

3.3 錨栓不鉛直

框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調(diào)整螺栓調(diào)平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實，國外此法施工。

3.4 保溫材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程序，超過了結構的承載能力，就要倒塌。

3.5 保溫材料胡亂安裝

保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據(jù)熱功計算確定。正規(guī)做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉。防止冷凝水向室內(nèi)滴水，是房屋的使用要求之一。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網(wǎng)。有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當采用內(nèi)層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業(yè)時，將周邊門窗關閉，由于室內(nèi)外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處滴下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能按時完工。當保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時，卷材是干燥的，無隔汽層時卷材是濕的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法一定要按照規(guī)范執(zhí)行。

[1]黃鶿.建筑施工圖設計[M].湖北.華中科技大學出版社.2009.

[2]李溫施.施工圖設計概論[M].黑龍江.哈爾濱工業(yè)大學出版社.2010.