門式剛架輕型房屋鋼結構設計施工中常見問題探討

段旭松

(攀枝花中冶實久勘察設計院有限公司,四川攀枝花 617000)

門式剛架輕型房屋鋼結構設計施工中常見問題探討

段旭松

(攀枝花中冶實久勘察設計院有限公司,四川攀枝花 617000)

輕型門式鋼架結構是目前國內應用和發展速度最快的新型結構形式,近年來在工業廠房及公共民用建筑中得到廣泛應用。文中就門式剛架設計、施工中遇到的一些問題作探討,希望通過本文論述能對工程技術人員有所幫助。

門式剛架; 輕鋼結構; 特點; 設計與施工

門式剛架輕鋼結構是一種新型的建筑結構形式,近年來在國內發展迅速,并得到了廣泛應用。門式剛架輕鋼結構以門形剛架為結構受力體系,圍護結構為薄壁C型或Z型鋼檁條和彩色壓型鋼板。

本文通過對門式剛架輕鋼結構廠房的工程實踐,對該種結構的特點及設計與施工中應注意的問題作如下初步分析和探討。

1 門式剛架輕鋼結構的特點

1.1 用鋼量少,自重輕

門式剛架輕鋼結構采用防水、圍護一體化的輕質多功能新型屋面和墻體材料,大大減輕了荷載重量。其承重構件普遍采用高強鋼材,以減輕結構自重。通常門式剛架輕鋼結構的重量只有鋼筋混凝土結構的 1/8～1/10,是普通鋼結構重量的 1/2～1/3。

1.2 適應性強

門式剛架輕鋼結構的跨度、柱距布置靈活,單跨、多跨可隨意組合,可應用于不同工藝、不同規模、不同用途的各類建筑中。

1.3 施工速度快、周期短

鋼構件工廠化生產效率高、精度高、質量穩定,工地拼裝,施工簡便、迅速、工期短。一般 5 000～10 000m2的單層工業廠房工期僅需 3個月。

1.4 符合“美觀、經濟、實用”的原則

造價合理,投資見效快,綜合經濟效益好。空間使用率高,外觀新穎別致,時代感強。

2 設計中應注意的問題

2.1 荷載取值

2.1.1 剛架恒荷載

采用軟件計算時,剛架自重一般都由軟件自動集成,而屋面板、檁條、支撐等荷載按線荷載加到剛架梁上進行計算。根據設計經驗,當屋面板厚度等于或小于 6mm時,屋面板、檁條、支撐重量建議按如下取值:單層板時取 0.15～0.20 kN/m2;雙層板時取0.20～0.25 kN/m2。

2.1.2 鋼架活荷載

(1)計算屋面板和檁條時,活荷載要采用0.5 kN/m2。《門式剛架輕鋼結構技術規程》(CECS 102:2002)規定:不上人屋面的活荷載為0.5 kN/m2,但鋼架的受荷載面積大于 60 m2的可乘折減系數 0.6。門式剛架一般符合此條件,所以在計算鋼架時一般可用 0.3 kN/m2。根據國外資料,門式輕鋼結構,一般要考慮0.15～0.5 kN/m2的附加荷載,而我國現行規范無此規定,如遇到暴風雪等情況,有時就會出安全問題。因此在梁和檁條已較小的這類門式輕鋼鋼架中,不應再出現有明顯克扣活荷載的情況。

(2)鋼架風荷載,應根據當地基本氣候條件按《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2001)取值,但風荷載體型系數應按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS 102-2002)進行取值計算。如果風荷載體型系數仍然按《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2001)取值時,風荷載標準值應乘以 1.1的增大系數,否則風荷載標準值會小于《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS 102-2002)的要求,在風荷載作用下結構會存在隱患。

2.2 優化設計,減少用鋼量

2.2.1 設計計算

必須按照《門式剛架輕鋼結構技術規程》(CECS 102: 2002)進行設計計算,而不能沿用現行的《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)進行門式剛架輕鋼結構的設計計算。

2.2.2 選用合理的柱網布置

在門式剛架中,主剛架和檁條的用鋼量占 90%以上,在相同的荷載條件下,柱網布置不同,對主鋼架和檁條的用鋼量影響很大。因此,在滿足工藝要求的同時,要選擇經濟用鋼量的柱距和跨度。經過多個工程設計用鋼量的統計,筆者建議柱距采用 6～8m,跨度不宜大于 36m。

2.2.3 設計中要選擇合理的構件截面形式和支承方式

檁條要選用薄壁寬肢的C型、Z型,而鋼架一般采用 H型截面。當荷載一定時,連續支承構件比簡支構件的截面要小,因此在輕型門式剛架中屋面檁條和墻面檁梁均宜采用連續支承方式。

2.2.4 構件截面選擇

采用楔形構件和變截面構件同時變化翼緣厚度和腹板厚度,可顯著節省鋼材。

2.2.5 對檁條在風吸力作用下的下翼緣失穩的驗算

薄壁型鋼規范是不考慮屋面蒙皮作用,計算結果很不經濟。屋面壓型鋼板蒙皮作用可提高檁條上翼緣承載力約10%,提高下翼緣、腹板承載力約 6%,對門式剛架承載力也將會有很大的提高。壓型鋼板屋面蒙皮作用對檁條上翼緣提供側向支撐是不成問題的,但對檁條下翼緣失穩承載力的影響,暫無成熟的計算方法,國內外的試驗表明屋面蒙皮作用對檁條下翼緣扭轉失穩的約束是非常明顯的。

屋面蒙皮作用也可用于門式剛架梁的平面外穩定,即平面外穩定計算時,其平面外支點可以采用檁條之間距,而不是采用水平支撐的間距。一般平面外計算長度建議按 3 m采用。墻面壓型鋼板的蒙皮作用也是人們討論的問題,應該說墻體蒙皮作用是可以考慮的。但門式輕鋼鋼架設計計算時,考慮到鋼架斷面尺寸已較小,建議不考慮墻皮的蒙皮作用。

2.3 板型設計

板型對建筑物的外觀及使用效果影響很大,如屋面板施工中采用暗扣式壓型彩板,此板為咬邊隱蔽連接,防水、防腐、防風性能優于其它板型。經咬邊成型后的屋面無螺栓孔,保證屋面板各處同等使用壽命,表面光潔美觀。因此設計中不僅要寫明板的材料,還應注明板型。

2.4 包角和屋脊的設計

包角設計不好,直接影響外觀效果和使用性能。壓型鋼板屋面漏水問題大部分集中在屋脊處,設計中可考慮采用雙層屋脊蓋板的做法,這樣既能防止雨水由于風力作用而倒灌,又能防止上層屋脊蓋板涂敷密封膏不嚴而漏水。

3 施工中應注意的質量問題

3.1 鋼架柱拔出

有的剛架遇大風時柱子被拔起,這是工程中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤,而是設計柱間支撐時,未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向長度較短時,若只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載,則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 廠房結構的安裝

鋼結構安裝時未形成空間穩定體系,一遇大風等情況時鋼架倒塌,因此鋼結構安裝必須按施工組織設計進行。先從有柱間支撐、屋面支撐的兩榀剛架開始,剛架安裝完成后隨即安裝系桿、支撐,使結構形成空間穩定體系。避免工程質量事故。同時安裝過程中有偏差應采取措施調整,不得強行就位,導致結構和構件的永久塑性變形。

3.3 端板合不攏

端板連接部位是門式鋼架結構的重要受力位置。由于加工要求不嚴,而腹板與端板間又有夾角偏差,多數工程兩塊端板完全對不攏,兩塊端板間出現縫隙,嚴重影響高強螺栓的受力,安裝時強行用高強螺栓拉在一起,仍留下縫隙,嚴重影響工程質量。

3.4 錨栓不垂直

鋼架柱柱腳底板水平度差,地腳錨栓不垂直,柱子安裝后不在一條直線上,東倒西歪,使房屋外觀很難看。建議鋼架安裝時地腳錨栓在柱腳底板下增加一個調平螺帽,先將柱腳底板調平后,最后再用無收縮砂漿二次灌漿填實。

3.5 高強螺栓施工

高強螺栓應做預應力、抗滑移、抗扭等試驗。高強螺栓應自由穿入螺栓孔,螺栓孔如有不重合或有偏差時,應進行修整,但不允許氣割擴孔。連接摩擦面應保持干燥、整潔,不應有飛邊、毛刺、焊接飛濺物、污垢等。除設計有要求外,摩擦面不應涂裝。安裝高強螺栓時要用校正過扭矩值的扭力扳手擰緊,其扭矩值偏差不得大于 5%,高強螺栓連接終擰后,其外露的絲扣不得小于 2扣。

3.6 除銹和涂裝

涂裝前表面除銹要均勻徹底,處理后的表面不得有焊渣、焊瘤、灰塵、油污、水、毛刺等。除銹后應及時涂刷防銹底漆。刷漆時應保護柱腳二次澆灌混凝土處不得刷漆。涂層厚度要均勻,與基層附著要牢固,不得出現起皮鼓泡現象。

3.7 地腳錨栓施工

地腳錨栓在基礎中的精確預埋一直是土建施工中存在的常見質量問題,預埋錨栓位置的固定和澆筑混凝土過程中錨栓不變形、錯位是難點。施工過程很容易引起錨栓傾斜導致鋼架柱安裝困難;錨栓下沉則直接導致錨栓螺紋段長度不足,只能用單螺母固定,不滿足規范及設計中雙螺母的要求。因此施工時應采取措施保證錨栓位置精確。

3.8 柱底抗剪件孔洞的預留

鋼架柱腳地腳錨栓只能承受拉力,鋼架柱底剪力靠剪力件承受。施工時土建單位一般忽略抗剪件孔洞的預留,等到吊裝鋼架柱時才發現無預留洞,需要重新鑿洞,直接影響工期和造價。所以施工時應注意抗剪件孔洞的留設。

總之,在門式剛架輕鋼結構的工程中,首先必須做好優化設計工作,合理布置、結構設計準確、細部處理周到。施工中要嚴格控制進場材料的質量,把好鋼構件的加工制作關,控制好土建施工和鋼構安裝質量,關鍵部位實施旁站,才能創建優質工程。

[1] CECS 102:2002門式剛架輕鋼結構技術規程[S]

[2] GB 50009-2001建筑結構荷載規范[S]

[3] GB 50017-2003鋼結構設計規范[S]

[4] 包頭鋼鐵設計研究院,中國鋼結構協會房屋建筑鋼結構協會.鋼結構設計與計算[M].北京:機械工業出版社,2000

TU392.1

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2010-01-06