鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中的問題分析

孫金鵬

(山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030002)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)也不斷發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)由于具有自重輕、抗震性能好、綠色環(huán)保、工業(yè)化程度高、施工安裝周期短、綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點，近年來得到了快速的發(fā)展。現(xiàn)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(jié)構(gòu)來建造。雖然當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑市場發(fā)展勢頭很好，但是出現(xiàn)了一些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工問題，這對鋼結(jié)構(gòu)的健康發(fā)展是非常不利的，下面一些問題應(yīng)該引起注意。

1 設(shè)計方面的問題

1.1 各種規(guī)范、規(guī)程的協(xié)調(diào)

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

1.2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計忽視地震作用

有個別設(shè)計者，認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)材料塑性好，抗震性能強(qiáng)，故而GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范未涉及抗震問題，沒有具體的抗震計算、構(gòu)造要求，因此忽視了地震作用。其實，GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第1.0.3條:“……在地震區(qū)的建筑物和構(gòu)筑物，尚應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定”。可能有時抗震計算并未起到?jīng)Q定性影響，但在選材、布置、構(gòu)造等多方面都應(yīng)按抗震要求來進(jìn)行設(shè)計。

我國絕大多數(shù)城市都要求抗震設(shè)防，鋼結(jié)構(gòu)建筑除遵守GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范外，還應(yīng)按照GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計。尤其在結(jié)構(gòu)平立面布置(如凸出屋面小屋、天窗架等)、材料選用(如抗震規(guī)范3.9.2強(qiáng)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(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、施工速度快的特點，所以目前通常在混凝土結(jié)構(gòu)上加層選用鋼結(jié)構(gòu)，或運用原結(jié)構(gòu)混凝土柱構(gòu)建混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)面的鋼結(jié)構(gòu)。然而在處理鋼柱和原結(jié)構(gòu)柱頂節(jié)點時容易出現(xiàn)問題。加層的鋼結(jié)構(gòu)柱腳與原混凝土結(jié)構(gòu)柱頂應(yīng)連接牢靠，實際工程中一些設(shè)計人員存在對原結(jié)構(gòu)柱截面考慮欠周全，而設(shè)計了過大的柱腳截面，帶來的結(jié)果是在原柱頂上進(jìn)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(qiáng)度。通常情況下，鋼梁和混凝土是通過膨脹螺栓進(jìn)行連接，由于連接時容易發(fā)生受拉不穩(wěn)現(xiàn)象，當(dāng)最上部膨脹螺栓產(chǎn)生松動后，使得原模型剛接變?yōu)殂q接，導(dǎo)致梁截面損壞。

1.4 多層房屋頂層采用門式剛架鋼結(jié)構(gòu)的問題

CECS 102:2002門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋技術(shù)規(guī)程第1.0.2條:“當(dāng)多層建筑的頂層為門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)時，其設(shè)計、制造和安裝可參照本規(guī)程執(zhí)行。此時應(yīng)根據(jù)下部結(jié)構(gòu)的具體情況，考慮其對頂層柱底位移的影響”。但在設(shè)計時應(yīng)將頂層與下部結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行整體分析，以考慮在水平力作用下下部結(jié)構(gòu)對頂層的不利影響;同時，頂層屋蓋應(yīng)設(shè)置縱向水平支撐，與橫向支撐形成封閉體系，加強(qiáng)頂層屋蓋的整體剛度;此外，頂層結(jié)構(gòu)的柱頂位移限值宜根據(jù)房屋總高度、下部結(jié)構(gòu)的層數(shù)和剛度情況適當(dāng)考慮嚴(yán)一些。

2 施工方面的問題

2.1 鋼柱柱腳錨栓連接

為了達(dá)到調(diào)整鋼柱底標(biāo)高的目的，一般的做法是:先在鋼柱底板與基礎(chǔ)頂面處預(yù)留約50 mm厚二次澆灌的空間，然后再用微膨脹細(xì)石混凝土進(jìn)行灌實，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 102∶2002)中也有相應(yīng)的做法，然而在某些結(jié)構(gòu)中，當(dāng)柱腳采用的錨栓直徑比較大時(如:M60，M72)，其螺母厚度已經(jīng)達(dá)到了40 mm～50 mm，再加上墊板的厚度，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50 mm的調(diào)整空間，因此當(dāng)柱腳錨栓直徑比較大時(直徑超過42 mm)，柱腳底板下的調(diào)整高度應(yīng)保證70 mm～100 mm的范圍，在柱頂標(biāo)高、鋼柱垂直度調(diào)整到位后，應(yīng)及時將鋼柱底板下的空間用微膨脹細(xì)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(chǔ)柱上預(yù)留方孔或圓孔，但當(dāng)有基礎(chǔ)梁與基礎(chǔ)短柱在同一標(biāo)高，且位于柱中心布置，這時就很容易發(fā)生基礎(chǔ)梁內(nèi)的縱筋與抗剪鍵預(yù)留孔的沖突，這時，最好將基礎(chǔ)梁頂標(biāo)高降低或?qū)⒒A(chǔ)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(jù)GB 50205-2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(diào)節(jié)板厚度的變化，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)板，可按三種不同厚度調(diào)節(jié)板提供給工地，最后的若干調(diào)節(jié)板厚度可由現(xiàn)場實際情況確定。

2.4 防腐問題

防腐是鋼結(jié)構(gòu)一個很重要的環(huán)節(jié)，比如運到施工現(xiàn)場的型鋼梁、柱一般都是經(jīng)過防腐處理的，在現(xiàn)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(yán)格進(jìn)行現(xiàn)場防腐處理，但施工現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)局部漏刷現(xiàn)象。作為鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)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(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)電鍍的檁條，一段時間之后，檁條常會出現(xiàn)銹蝕，帶來安全隱患。

3 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料采購、加工、安裝施工息息相關(guān)，哪一環(huán)節(jié)都很重要，我們要注意設(shè)計中的各種因素，并不斷創(chuàng)新設(shè)計的方法，使施工更加高質(zhì)高效。與此同時，要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工工作，以使發(fā)生質(zhì)量問題的可能性降到最低。相信經(jīng)過工作人員的探索與實踐，建筑鋼結(jié)構(gòu)的未來一定會更加規(guī)范化與科學(xué)化。

［1］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］CECS 102∶2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］邱鶴年.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計禁忌及實例［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.