門式剛架輕型房屋鋼結構設計常見問題解析

侯小娟

（安徽省機械工業設計院，安徽 合肥 230000）

1 設計中常見問題及解決措施

1.1 屋面活荷載的合理取值

《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》3.2.2條規定:當采用壓型鋼板輕型屋面時，屋面豎向均布活荷載的標準值（按水平投影面積計算）應取0.5KN/m2同時注明:對受荷水平投影面積大于60m2的剛架構件，屋面豎向均布活荷載的標準值可取不小于0.3KN/m2。《鋼結構規范》第3.2.1條也做出了類似的規定，區別在于其注明當僅有一個可變荷載且受荷水平投影面積大于60m2時，屋面均布活荷載標準值應取為0.3KN/m2。因為在實際設計過程中往往跨度都比較大，柱距也比較大，所以受荷面積基本上都在60m2以上，所以很多設計人員在做設計時就直接按0.3KN/m2的活荷載來考慮。但是作為活載0.3KN/m2的取值有個前提就是當僅有一個可變荷載，也就是說這個取值僅適用于只有一個可變荷載的情況，當有兩個及以上的可變荷載組合值系數參與組合時（如尚有積灰荷載），屋面活荷載仍應取0.5KN/m2，否則，將降低結構的安全度。

1.2 門式剛架輕型鋼結構房屋的剛架立柱隨意改為鋼筋混凝土柱

我們在設計的過程中經常會遇到這樣的業主，當初在做設計方案的時候為圖節省造價，施工周期快，盡快投產，選擇了門式輕型鋼結構。當在實際施工的時候往往又通過各種渠道了解，認為混凝土柱子能夠耐腐蝕，結構安全度高，隨意讓設計人員直接將剛架立柱改為鋼筋混凝土柱子。

門式剛架輕型房屋鋼結構是一種跨變結構，其斜梁和立柱可以是變截面的，也可以是等截面的，立柱與基礎的連接可以鉸接，也可以剛接，但斜梁與立柱必須剛接。鋼筋混凝土排架結構則不同，它的屋面主構件可以是鋼筋混凝土梁或鋼梁，也可以是鋼筋混凝土屋架或鋼屋架，并且與鋼筋混凝土柱頂鉸接，鋼筋混凝土柱腳則與基礎剛接。

顯然，這是完全不同的兩種結構體系。因此，按門式剛架輕型鋼結構設計的房屋，不應隨意將剛架立柱改為鋼筋混凝土柱。因為鋼材和鋼筋混凝土兩種材料在材性、剛度和承載力方面有很大差別，不能簡單代換，而且在柱頂，鋼結構的斜梁與鋼筋混凝土的柱是兩種不同材性的構件，很難實現剛接。所以隨意將門式剛架立柱改為鋼筋混凝土柱會導致結構嚴重不安全。

因此，我們在設計的過程中應注意:不得隨意將門式剛架輕型鋼結構房屋的立柱改為鋼筋混凝土柱，也就是說不得隨意改變結構的材料和體系；當必須將門式剛架輕型鋼結構房屋的立柱改為鋼筋混凝土柱時，鋼筋混凝土柱必須與基礎剛接，鋼斜梁與柱頂應按能承受水平推力的鉸接連接進行構造設計，所構成的跨變排架結構應重新進行內力分析，除應重新驗算斜梁的承載力外，還應按承載力和柱頂位移限值確定鋼筋混凝土柱的截面尺寸和配筋，也應重新復核地基及基礎的承載力。

1.3 屋面橫向水平支撐與柱間支撐未布置在同一跨間內

設計人員在進行結構的支撐布置時應將同一跨間內的屋面橫向水平支撐和柱間支撐同門式剛架一道構成穩定的空間結構體系，這樣既可承受和傳遞房屋縱向的各種荷載和作用，又方便于門式剛架結構的施工安裝。然而在有的設計中因為建筑開門或者其他的原因，結構設計師并未將屋面橫向水平支撐與柱間支撐未布置在同一跨間內。

在設計時我們應根據《門式剛架規程》CECS 102第4.5.l條第2款和第4.5.2條第1款的規定，將屋面橫向水平支撐和柱間支撐同時布置在房屋溫度區段端部第一開間或第二開間，在布置柱間支撐的開間，宜同時布置屋面橫向水平支撐。當無法布置在同一跨間時，可布置在相鄰跨間，有一定搭接區，但這種情況在溫度區段內只能是個別的，否則應對整個支撐系統重新合理布置。

1.4 剛架斜梁下翼緣受壓區和柱內側翼緣受壓區未設置隅撐

剛架梁、柱構件翼緣的局部穩定，在一般情況下系通過限制板件的寬厚比來保證；剛架梁、柱構件的整體穩定則由剛架的支撐系統提供的側向支承點通過計算來保證。在剛架斜梁下翼緣受壓區和柱內側翼緣受壓區，應按《門式剛架規程》第6.1.6條第3款和第7.2.14條的要求設置隅撐作為側向支承點；剛架斜梁側向整體穩定計算時，計算長度取側向支承點間的距離；隅撐一端與斜梁受壓翼緣相連，另一端與檁條相連；隅撐按軸心受壓桿件設計。

1.5 高強螺栓的合理選用

用高強度鋼制造的,或者需要施以較大預緊力的螺栓,皆可稱為高強度螺栓。高強螺栓連接是通過螺栓桿內很大的擰緊預拉力把連接板的板件夾緊，足以產生很大的摩擦力，從而提高連接的整體性和剛度，當受剪力時，按照設計和受力要求的不同，可分為高強螺栓摩擦型連接和高強螺栓承壓型連接兩種，兩者的本質區別是極限狀態不同，雖然是同一種螺栓，但是在計算方法、要求、適用范圍等方面都有很大的不同。在抗剪設計時，高強螺栓摩擦型連接是以外剪力達到板件接觸面間由螺栓擰緊力所提供的可能最大摩擦力作為極限狀態，也即是保證連接在整個使用期間內外剪力不超過最大摩擦力。板件不會發生相對滑移變形（螺桿和孔壁之間始終保持原有的空隙量），被連接板件按彈性整體受力。在抗剪設計時，高強螺栓承壓型連接中允許外剪力超過最大摩擦力，這時被連接板件之間發生相對滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁承壓破壞作為連接受剪的極限狀態。總之，摩擦型高強螺栓和承壓型高強螺栓實際上是同一種螺栓，只不過是設計是否考慮滑移。摩擦型高強螺栓絕對不能滑動，螺栓不承受剪力，一旦滑移，設計就認為達到破壞狀態，在技術上比較成熟；承壓型高強螺栓可以滑動，螺栓也承受剪力，最終破壞相當于普通螺栓破壞（螺栓剪壞或鋼板壓壞）。

1.6 地面以下的鋼柱腳未要求用混凝土包裹

大多設計人員在設計的時候注重的是構件應力、位移、撓度等能不能滿足規范的要求，對于細部的一些節點，比如柱腳的包裹往往都忽略了。但是在我們諸多的事例中表明鋼結構地面以下的柱腳如果不用混凝土包裹的話，柱腳處由于積水的原因會產生鋼材嚴重銹蝕，對結構存在著安全隱患。所以我們在做設計的時候應按《鋼結構規范》第8.9.3條（強制性條文）規定，對柱腳在地面以下部分采用強度等級較低的混凝土包裹（保護層厚度不應小于50mm），包裹的混凝土應高出地面不小于150mm。當柱腳底面在地面以上時，柱腳高出地面的高度不應小于100mm。

結語

本文通過對設計中經常遇到的一些問題進行分析并提出了一些相應的解決措施，希望對大家以后的設計有所幫助。

[1]GB50017-2003.鋼結構設計規范[S].

[2]GB50009-2012.建筑結構荷載規范[S].

[3]CECS102.門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].2002.