門式剛架設計與施工中應注意的問題

侯 偉

(中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢 430223)

門式剛架在許多單層工業廠房、倉庫、交易市場、公共建筑等各類建筑結構中得到廣泛應用。近年來這種結構在我國發展速度很快，每年有約300多萬平方米的建筑竣工。很多設計人員沒有什么經驗就參與進來，對于很多設計和施工中應注意和經常出現的問題并不十分清楚。為了不出現重復的問題和錯誤，不斷提高設計水平，在這里提幾點設計和施工中應注意的問題，供大家借鑒。

1 設計中應注意的問題

1)板厚選取。門式剛架是典型的輕鋼結構，輕鋼結構的本質是“輕”，實現這一本質條件是截面板件要“薄”。但設計時檁條和墻梁應用的冷彎薄壁型鋼，壁厚不宜小于2 mm，受力構件和連接板不宜小于4 mm，圓鋼管壁厚不宜小于3 mm。

2)材質的選取。在實際工程中，鋼材一般選用Q235-B和Q345-B。很多設計師們都認為，當計算所需梁柱截面由強度控制時，就選用Q345-B;當結構由剛度(變形或穩定)控制時，就選用Q235-B。這也不是絕對的，由于目前運輸成本很高，鋼材市場價格變化較大，所以設計師應結合當地的材料供應情況等綜合比較后，再確定選擇哪種材料最優。因為鋼材還有等級之分，有的設計圖中只注明Q235和Q345，不給出材料的相應等級，這是不正確的。不推薦使用質量等級為A的鋼材，因為這種鋼材不能保證沖擊韌性和延性性能，Q235-A級鋼材還不能保證焊接要求的含碳量限制。

3)結構布置中伸縮縫的設置。門式剛架的跨度和柱距主要根據工藝和建筑要求確定。結構布置主要是考慮溫度區段的劃分和支撐的布置。在這里要注意支撐的位置和形式應和工藝專業、管道專業等共同確定，以免影響建筑物的使用功能。考慮門式剛架房屋通常剛度不大，溫度影響相對較小，一般縱向溫度區段長度控制在300 m以內，橫向溫度區段長度控制在150 m以內。當建筑或工藝尺寸超過時，應該設置溫度伸縮縫將其斷開。溫度伸縮縫有兩種做法:一種是可通過設置雙柱，另一種是通過檁條的可調節構造(如開橢圓孔等)來實現。

4)荷載取值及荷載估算。同一門式剛架結構對于不同的荷載取值計算結果變化很明顯，取值過大，很不經濟，用鋼量就會增加，過小又不安全，荷載取值要符合實際情況，要做到荷載不漏項。一般當工程確定后，甲方在有的條件還未落實情況下就要求盡快拿出施工圖，例如懸掛工藝管道布置和重量、吊頂形式、防火要求、屋頂通風設施，這些還未最后確定，就要求出基礎圖和剛架圖，這就需要設計人員注意協調，向有經驗的老同志請教，而不能心中無數盲目估算。

5)剛接柱腳和鉸接柱腳的選取。門式剛架柱腳有剛接柱腳和鉸接柱腳兩種，其實這兩種柱腳很明顯的區別就是對側移控制，如果結構對側移控制較嚴，則采用剛接柱腳，例如有吊車荷載的情況，吊車荷載是動力荷載，結構在吊車荷載作用下柱頂位移過大會造成吊車卡軌現象，影響吊車的正常使用。在這種情況下，把柱腳設計成剛接柱腳比較合理，增加廠房的剛度，使其位移不超過規范允許值。如果當地地質情況較差，柱腳如果考慮鉸接，這樣傳至基礎的內力僅為軸力和剪力，柱腳彎矩為0，有利于基礎設計，可以減少基礎造價。我們經常遇到的門式剛架，柱腳很多都設計成鉸接，這樣施工也比較簡單。

6)設置柱腳抗剪鍵。不論是鉸接柱腳還是剛接柱腳，剛架在水平荷載和豎向荷載作用下柱腳都會產生水平力，柱腳通過螺栓與基礎連在一起。我國鋼結構設計規范是不允許錨栓抗剪的，剪力是通過底板和基礎頂面的摩擦力(摩擦系數取0．4)來傳遞的，若不滿足要求則需設抗剪鍵。輕鋼結構重量比較輕，摩擦系數為0．4時底板和混凝土之間產生的摩擦力很小，特別是在風吸力起控制作用時，柱底板與混凝土之間幾乎不存在壓應力，柱腳螺栓甚至還受拉，也就不存在所謂的摩擦力，按照鋼結構設計規范，這時就需要設置抗剪件。但在工程實踐中很少設抗剪鍵，也沒有出現什么問題，錨栓實際上參與了抗剪。個人認為:對于比較重要的工業與民用建筑，且使用年限比較長的建筑物，設置抗剪件，確保安全可靠;對于臨時的或不重要的建筑物，可考慮螺栓抗剪，這時螺栓同時受到拉力和剪力的共同作用，對于螺栓的應力不要用得太滿。在設置抗剪件的過程中，會遇到這種情況，如果一個結構下部是混凝土結構，頂部需要大跨度設置門式剛架，在混凝土柱頂需設置抗剪件和抗剪坑，如果水平力比較大，相應的抗剪件和抗剪坑的尺寸也會比較大。在這種情況下為保證柱頂的錨固鋼筋不被切斷，可以不設抗剪件，而是在柱頂設置預埋件和預埋螺栓，待柱子安裝完后，柱底板預埋件圍焊，通過埋件錨爪的抗剪，將水平力傳至下部結構。

7)柱間支撐的設置。門式剛架沿跨度方向的橫向穩定性，是通過設計適當剛度的框架來抵抗所承受到的橫向荷載而保證的。由于建筑物在長度方向的縱向結構剛度較弱，于是需要沿建筑物的縱向設置支撐以保證其縱向穩定性。支撐系統的主要目的是把施加在建筑物縱向上的風，起重機，地震等荷載從其作用點傳到柱基礎最后傳到地基，支撐系統有斜交叉支撐，門架支撐等形式。有人認為外墻的檁條和彩板構成較大的縱向剛度，可以不設柱間支撐，這是不對的;還有人認為，在柱子之間砌筑磚砌體作為柱間支撐，這都是不對的。在建筑物每一個溫度區段或分期建設的區段中，應分別設置獨立的空間穩定的支撐體系。

2 施工中應注意的問題

1)現場拼接位置不嚴。梁各段和梁與柱的連接，都是采用高強螺栓通過梁柱端板連接成整體的，所以對端板的加工和螺栓孔定位都很重要。現場有的端板加工不平或傾斜，用高強螺栓強行拉在一起，兩端板之間還有空隙，嚴重影響了工程質量。要解決此問題應從加工制作到現場安裝，都要嚴格把關，控制精度。

2)焊接要求。門式剛架板件都比較薄，對于薄板的下料應首選剪切方式避免采用火焰切割。施焊時，應選擇合理的焊接順序，減少鋼結構中產生的焊接應力和焊接變形，同時還可采用預熱、錘擊和整體回火等方法達到同樣目的。對角焊的焊腳尺寸不得小于 1．5t，t為較厚焊件厚度，也不宜大于較厚焊件厚度的1．2倍。

3)高強螺栓施工。高強螺栓孔應采用鉆成孔，不能采用火焰切割，高強螺栓連接件表面采用噴砂處理(抗滑系數不低于0．35)，采用螺栓連接的部位，在構件安裝就位校正后，需將螺栓絲扣打毛或將螺栓與螺母焊牢，以防松動。

3 結語

以上所涉及的問題都是在工作中經常遇見的問題，并指出了應注意的地方，可能有不妥或錯誤的地方，愿和業內人士共同探討，其目的就是把門式剛架結構設計得更合理，更安全。

［1］《鋼結構設計手冊》編委會．鋼結構設計手冊(上冊)［M］．北京:中國建筑工業出版社，2004．

［2］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［M］．北京:中國計劃出版社，2003．

［3］陳紹蕃．鋼結構設計原理［M］．北京:科學出版社，1998．

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［5］汪一駿．輕型鋼結構設計指南(實例與圖集)［M］．北京:中國建筑工業出版社，2001．

［6］中國鋼結構協會．建筑鋼結構施工手冊［M］．北京:中國計劃出版社，2002．