鋼結構設計與施工中的問題分析

孫金鵬

(山西中方森特建筑工程設計研究院，山西太原 030002)

0 引言

隨著經濟、科學技術和城市建設的迅猛發展，鋼結構技術也不斷發展。鋼結構由于具有自重輕、抗震性能好、綠色環保、工業化程度高、施工安裝周期短、綜合經濟效益明顯等特點，近年來得到了快速的發展。現階段我國的很多超市、倉庫、廠房、橋梁、高層建筑都選擇用鋼結構來建造。雖然當前鋼結構建筑市場發展勢頭很好，但是出現了一些鋼結構設計與施工問題，這對鋼結構的健康發展是非常不利的，下面一些問題應該引起注意。

1 設計方面的問題

1.1 各種規范、規程的協調

鋼結構設計除遵守GB 50017-2003鋼結構設計規范外，還要遵守其他規范、規程。國家規范(GB)為最高級，如暫為推薦性(GB/T)亦為國家級;行業規程(JGJ)、地方規程(DBJ)為第二級;協會規程(CECS)則為第三級。如各文本規定出現矛盾，凡國家規范間的，以最后頒布實施的為準;國家規范與行業或地方規程間出現矛盾或不一致，凡屬行業或地方特點，要求又嚴于國家規范的，可以規程為準，其他一般以國家規范為準。而同一本規范中，如“附錄”“注”等與正文有矛盾時，以正文為準。設計人員選擇規范時，應綜合分析，在確保安全基礎上，注意各種結構特性，慎重選擇。相比起來，GB 50017-2003鋼結構設計規范檔次較高，其指導作用更為明顯。比如:鋼與混凝土組合結構如型鋼混凝土、鋼管混凝土等都另有專門規程，但鋼梁與混凝土板組合樓蓋的設計、計算則以鋼結構規范為準。

1.2 鋼結構設計忽視地震作用

有個別設計者，認為鋼結構材料塑性好，抗震性能強，故而GB 50017-2003鋼結構設計規范未涉及抗震問題，沒有具體的抗震計算、構造要求，因此忽視了地震作用。其實，GB 50017-2003鋼結構設計規范第1.0.3條:“……在地震區的建筑物和構筑物，尚應符合現行國家標準GB 50011建筑抗震設計規范的規定”。可能有時抗震計算并未起到決定性影響，但在選材、布置、構造等多方面都應按抗震要求來進行設計。

我國絕大多數城市都要求抗震設防，鋼結構建筑除遵守GB 50017-2003鋼結構設計規范外，還應按照GB 50011-2010建筑抗震設計規范進行抗震設計。尤其在結構平立面布置(如凸出屋面小屋、天窗架等)、材料選用(如抗震規范3.9.2強制性條文對鋼材的特別要求)等諸多方面均有其抗震方面的特殊要求，不容忽略。

1.3 型鋼梁柱和混凝土柱的連接問題

因為鋼結構具有自重輕、強度高、施工速度快的特點，所以目前通常在混凝土結構上加層選用鋼結構，或運用原結構混凝土柱構建混凝土結構側面的鋼結構。然而在處理鋼柱和原結構柱頂節點時容易出現問題。加層的鋼結構柱腳與原混凝土結構柱頂應連接牢靠，實際工程中一些設計人員存在對原結構柱截面考慮欠周全，而設計了過大的柱腳截面，帶來的結果是在原柱頂上進行了大量鉆孔植筋以后，才看到柱頂混凝土已被破壞得喪失了強度。通常情況下，鋼梁和混凝土是通過膨脹螺栓進行連接，由于連接時容易發生受拉不穩現象，當最上部膨脹螺栓產生松動后，使得原模型剛接變為鉸接，導致梁截面損壞。

1.4 多層房屋頂層采用門式剛架鋼結構的問題

CECS 102:2002門式剛架輕型鋼結構房屋技術規程第1.0.2條:“當多層建筑的頂層為門式剛架輕型房屋鋼結構時，其設計、制造和安裝可參照本規程執行。此時應根據下部結構的具體情況，考慮其對頂層柱底位移的影響”。但在設計時應將頂層與下部結構一起進行整體分析，以考慮在水平力作用下下部結構對頂層的不利影響;同時，頂層屋蓋應設置縱向水平支撐，與橫向支撐形成封閉體系，加強頂層屋蓋的整體剛度;此外，頂層結構的柱頂位移限值宜根據房屋總高度、下部結構的層數和剛度情況適當考慮嚴一些。

2 施工方面的問題

2.1 鋼柱柱腳錨栓連接

為了達到調整鋼柱底標高的目的，一般的做法是:先在鋼柱底板與基礎頂面處預留約50 mm厚二次澆灌的空間，然后再用微膨脹細石混凝土進行灌實，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程(CECS 102∶2002)中也有相應的做法，然而在某些結構中，當柱腳采用的錨栓直徑比較大時(如:M60，M72)，其螺母厚度已經達到了40 mm～50 mm，再加上墊板的厚度，已經遠遠超過50 mm的調整空間，因此當柱腳錨栓直徑比較大時(直徑超過42 mm)，柱腳底板下的調整高度應保證70 mm～100 mm的范圍，在柱頂標高、鋼柱垂直度調整到位后，應及時將鋼柱底板下的空間用微膨脹細石混凝土灌實。

2.2 鋼柱柱腳抗剪鍵

對于有抗剪鍵的柱腳，抗剪鍵一般焊于柱底板下，在基礎柱上預留方孔或圓孔，但當有基礎梁與基礎短柱在同一標高，且位于柱中心布置，這時就很容易發生基礎梁內的縱筋與抗剪鍵預留孔的沖突，這時，最好將基礎梁頂標高降低或將基礎梁偏移抗剪鍵位置。

2.3 吊車梁安裝問題

吊車梁安裝的好壞直接影響到行車的使用狀況，根據GB 50205-2001鋼結構工程施工質量驗收規范，吊車梁在牛腿上的安裝位置偏心不能超過5 mm。由于土建安裝柱子的定位總會有一些偏差，吊車梁的制作也會有偏差，因此，吊車梁直接擱在牛腿上就會有偏心，這樣會引起牛腿的附加扭矩和柱子平面外的附加彎矩，對結構不利。可以在安裝時采用以下施工方法解決偏心問題:

1)在吊車梁最后定位時，應首先定位好廠房中間那根吊車梁的位置，然后由中間向兩端分別延伸，確定各個吊車梁的位置，不應該從一端頭定位安裝到另一端，造成累積偏心增大。

2)利用吊車梁之間調節板厚度的變化，調節吊車梁精確定位，不能一律按圖紙的理論厚度來加工這塊調節板，可按三種不同厚度調節板提供給工地，最后的若干調節板厚度可由現場實際情況確定。

2.4 防腐問題

防腐是鋼結構一個很重要的環節，比如運到施工現場的型鋼梁、柱一般都是經過防腐處理的，在現場焊接后必然會對焊接處的防腐層破壞，這就要求對焊接處嚴格進行現場防腐處理，但施工現場經常會出現局部漏刷現象。作為鋼結構圍護結構的主要構件檁條，其厚度通常為2 mm左右，如果被銹蝕則會很快退出工作，所以通常要求熱鍍鋅檁條，但施工現場經常會出現電鍍的檁條，一段時間之后，檁條常會出現銹蝕，帶來安全隱患。

3 結語

鋼結構的設計、材料采購、加工、安裝施工息息相關，哪一環節都很重要，我們要注意設計中的各種因素，并不斷創新設計的方法，使施工更加高質高效。與此同時，要嚴格按照規范進行鋼結構的設計和施工工作，以使發生質量問題的可能性降到最低。相信經過工作人員的探索與實踐，建筑鋼結構的未來一定會更加規范化與科學化。

［1］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［3］CECS 102∶2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程［S］.

［4］邱鶴年.鋼結構設計禁忌及實例［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.