輕鋼結構次結構的質量問題與監(jiān)督

孔長青

2008年1月10日全國19個省級行政區(qū)均發(fā)生了雪災、冰凍等自然災害。交通運輸、電力輸送、通訊發(fā)生中斷，房屋設置受損，造成了人民生命和財產的巨大損失。在建筑領域災害主要造成輕鋼廠房和廠房的輕鋼屋面的破壞。南京江寧區(qū)也有一些輕鋼廠房和設施的損壞 （其中包括施工圖紙已經過施工圖審查機構審查合格的工程）。災后對這些廠房的破壞情況的調查發(fā)現(xiàn)，雖然實際雪荷載超過了設計值，但輕鋼結構的次結構（以下簡稱次結構）在這次雪災中卻成為結構破壞的突破口。這是因為壓型鋼板與檁條等次結構提供主結構的側向支撐，確保平面外穩(wěn)定，一個構件的破壞將導致連鎖反應引起整個系統(tǒng)的破壞，因此要求屋面板、檁條應具有抵抗超載的能力。這就要求加強次結構的質量控制和質量監(jiān)督，消除結構隱患，提高結構的安全儲備。根據調查情況，從工程設計、施工兩個方面進行分析，總結次結構存在的主要問題、產生原因以及改進措施。根據問題，我在正常的工程質量監(jiān)督控制基礎上加強了對次結構的質量監(jiān)督，提出了一些監(jiān)督措施，還結合規(guī)范提出一些建議。

一、次結構的定義

次結構在輕鋼結構中主要是檁條、墻架柱、墻梁以及附屬構件。屋面和墻面承受風、雪等結構荷載的作用，并將這些荷載通過圍護結構傳到次結構上。次結構接受由屋面及墻面?zhèn)鱽淼暮奢d，并將其均勻地傳到鋼架梁、柱上，同時對鋼架梁、柱提供有效的側面約束。

二、次結構存在的主要質量問題、原因以及改進措施

1.設計方面的主要質量問題、原因以及改進措施

雖然設計圖紙一般通過了施工圖審查機構的審查，但審查機構一般重點對主結構進行審查，次結構的審查深度有限。次結構設計方面的質量問題得不到重視，直接影響到工程質量，因此應特別注意。

（1）設計未進行設計交底或交底不清楚

原因分析：設計交底是設計為了使參加工程建設各方了解工程設計的主導思想、材料構配件的使用等要求、施工中應當特別注意的事項、掌握工程關鍵的技術要求、保證工程質量所進行的系統(tǒng)的技術交底工作。由于部分設計人員對次結構不重視或認識不清，從而不進行次結構交底或交底不清楚，不能指定施工。

改進措施：設計人員應認識到設計交底的重要性，加強對次結構的設計交底，并做好設計交底記錄。

（2）設計圖紙對次結構設計深度不夠，如通常只標注板厚，未標注板型與檁條的連接方式，可能造成結構計算模型與實際不符，存在安全隱患。

原因分析：大量采用的實腹式檁條的計算在《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》GB50018－2002及《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002（以下簡稱《門式剛架規(guī)程》）中均把屋面板能否阻止檁條的側向位移和扭轉作為計算條件，相應的計算公式也不同。 《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》GB50018－2002認為只有屋面板材與檁條有牢固的連接，即用自攻螺釘、螺栓、拉鉚釘和射釘?shù)扰c檁條牢固連接且屋面板材有足夠的剛度，才能認為能阻止檁條側向失穩(wěn)和扭轉，可不驗算其穩(wěn)定性。目前大量使用的單層暗扣板或者冷斷橋支座固定的屋面，在支座處均可以產生縱向滑移，支座在檁條上有一定的轉動能力，均不能認為可以阻止檁條的側向位移和扭轉。另外，屋面板厚和板型選擇如果不合適，不能保證其有足夠的剛度，也應不能認為可以阻止檁條的側向位移和扭轉。有些設計人員計算時不注意計算的技術限定條件，造成計算模型與圖紙做法不符，存在一定的結構質量隱患。

改進措施：加強圖紙的設計深度，使圖紙設計與計算模型、計算條件一致，提高設計圖紙的質量。

（3）冷彎薄壁型鋼檁條屋面，當檁條跨度大于4m時，未合理設置拉條、斜拉條及撐桿體系。

原因分析：冷彎薄壁型鋼檁條通常采用Z型鋼和卷邊槽鋼檁條，由于其重心高，弱軸抗彎能力差。當檁條跨度大于4m時，應設置拉條、斜拉條及撐桿體系，以提高其側向剛度與承載力，減少其在安裝和使用階段的側向變形和扭轉。

改進措施：根據《門式剛架規(guī)程》CECS102第 6.3.5條和 6.3.6條的規(guī)定，當檁條跨度大于 4m不大于6m時，應在檁條跨中設置一道拉條，當檁條跨度大于6m時，應在檁條跨度 3分點處各設一道拉條，拉條宜設置在距檁條上翼緣 1／3腹板高度范圍內。為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩(wěn)，在設置拉條的同時，應在檐口處增設斜拉條和撐桿；為了承受屋面的坡向分力，在屋脊處 （有天窗時在天窗處）亦應增設斜拉條和撐桿；當屋面坡面過大時，在檐口和屋脊之間的適當位置必要時也宜增設斜拉條和撐桿。當門式剛架跨度不大、屋面對稱屋脊布置且坡度較小時，屋脊處可不設斜拉條和撐桿。拉條應根據最大的屋面坡向分力按拉桿計算確定，撐桿則按壓桿設計，如圖1所示：

圖1 檁條間拉條布置示意

當采用圓鋼做拉條時，圓鋼直徑不宜小于10mm。當在風吸力作用下檁條下翼緣受壓時，拉條宜在檁條上下翼緣附近適當布置。當采用扣合式屋面板時，拉條的設置應根據檁條的穩(wěn)定計算確定。

（4）長坡屋面檁條的拉桿和斜拉桿孔在較大荷載作用下，孔壁先于拉桿屈曲破壞。

原因分析：長坡屋面水平分力較大，實腹式檁條多采用冷彎薄壁型鋼，孔壁承載能力不如拉條，在雪災等高荷載作用下易先于拉桿破壞。

改進措施：加強對檁條孔壁承載力的驗算；長坡屋面適當增加一些斜拉條，使水平分力分段導向主結構梁上；加強孔壁處的構造措施，如加設墊板等構造措施來提高孔壁的承載能力。

（5）設計時未充分考慮到雪荷載的不利布置和大風作用對次結構的影響。

原因分析：雪在屋面上堆積由于屋面坡度的大小、形式以及風的作用，產生了雪的不均勻分布。特別是高低跨以及女兒墻根部易造成雪的“堆積”現(xiàn)象，以及融雪后雨水管凍結，造成屋面局部荷載遠遠超過 《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009－2001（以下簡稱荷載規(guī)范）的設計值。在臺風作用地區(qū)，由于風荷載遠遠超過荷載規(guī)范設計值，經常造成圍護結構的破壞。

改進措施：從災害情況看，門式剛架結構對雪載非常敏感，應提高雪荷載的承載能力。在荷載規(guī)范不能改動的情況下，設計人員可加大其不均勻系數(shù)，來確保其在極端不利布置時的結構安全；在構造上加強對不利部位構件的加強措施，提高安全儲備。對于臺風作用地區(qū)，為防止風災，有必要在屋面四周檁條適當加密，周邊加設防臺風錨栓。

2.施工方面存在的主要質量問題、原因及改進措施

鋼結構施工企業(yè)大都成立時間較晚，從業(yè)人員專業(yè)素質普遍較差，制作、安裝、管理水平均較低，質量、安全事故層出不窮。施工方面是造成質量問題的主要原因。次結構質量問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）不認真仔細熟悉審查圖紙。

原因分析：施工的依據是合法有效的圖紙。對圖紙認真仔細的熟悉和審查是施工單位在開工前必須做到的。有些施工單位不認真仔細熟悉審查圖紙，參加圖紙會審流于形式，不能解決實際施工問題。工程深化設計水平差，對圖紙中不清楚的部分不能及時與設計溝通，常常按照以往經驗施工。如現(xiàn)場施工過程中有施工單位將設計單位設計的連續(xù)檁條施工成簡支檁條的情況。

改進措施：施工單位應加強對圖紙的熟悉和審查，特別是設計深度不足的圖紙應在充分了解設計意圖的基礎上，對設計圖紙進行深化設計，并在報原設計確認后方可進行制作加工。對一些不常用的材料及構造作法，施工單位應引起注意，加強制作與安裝的交底。

（2）為安裝方便，隨意改變設計構造作法。

原因分析：由于施工單位從業(yè)人員專業(yè)素質低，企業(yè)管理水平差，造成鋼結構施工精度差。為了工程能安裝完成，施工單位在構件制作時，經常改變設計構造作法。例如將檁條上的拉桿孔、隅撐安裝孔等安裝孔由設計的圓孔改為長圓形孔，或在無法安裝時采用電焊進行構件固定、用天溝代替邊檁等。以上行為均造成連接方式或作法與設計圖紙不符，存在結構隱患。

改進措施：制作廠家必須按照經原設計認可的深化設計圖紙進行制作。加強安裝工人的技術培訓，提高安裝工藝水平和精度。若產生制作誤差、安裝誤差后，施工應拿出處理方案報原設計認可后進行整改施工，并做好整改記錄。

（3）檁條的拉撐桿設置不按設計圖紙施工，且緊固程度差。

原因分析：設計圖紙拉桿、撐桿設置的方式以及安裝在檁條的位置是由檁條的穩(wěn)定計算所決定的。施工單位在施工時有時按照經驗或常見作法設置，布置在檁條中部或上部三分之一處，且張拉緊固程度差，可能造成與圖紙不符。在雪荷載作用下，拉、撐桿不能對檁條進行有效約束，引起檁條的變形破壞。

改進措施：施工單位在施工前應加強交底，明確檁條間拉、撐桿的設置方式。施工時應嚴格按照圖紙要求施工。施工完畢后應加強對螺帽緊固程度的檢查，確保緊固到位。對于受力較大部位，建議設置雙螺帽防止松弛。

（4）隅撐設置不符合設計要求，特別是在有內襯板時。

原因分析：隅撐設置的主要作用是約束梁、柱的受壓翼緣，防止其平面外失穩(wěn)。其兩端支座分部設置在檁條和受壓翼緣或附近的腹板加勁肋上。在檁條下部設置內襯板時，施工單位為了安裝美觀，將隅撐用自攻螺釘與內襯板和檁條下翼緣固定。在荷載較大時自攻螺釘剪斷，隅撐失效。

改進措施：隅撐必須用螺栓直接連接到檁條的腹板上。在有內襯板時，應在板上開槽，確保隅撐的受力。自攻螺釘只能用于圍護結構，不能用于次結構。

三、次結構的質量監(jiān)督措施

針對次結構存在的設計、施工方面的主要問題，在正常的工程質量監(jiān)督基礎上增加一些監(jiān)督措施，來確保次結構的質量。

1.加強對參建各方責任主體行為監(jiān)督的措施

在對參建各方責任主體行為監(jiān)督方面，應加強設計交底和施工單位圖紙會審的監(jiān)督。要求施工單位對設計圖紙進行深化，將深化設計圖紙報原設計認可后方可進行制作加工。

2.加強對次結構實體質量監(jiān)督的措施

（1）加強對結構吊裝前構件制作質量、材料堆放條件等的監(jiān)督檢查

在吊裝前對次結構構件進行監(jiān)督抽查，重點檢查其質量保證資料情況、外觀質量以及是否按圖施工。次結構構件本身剛度差，易變形和銹蝕。現(xiàn)場應設置有效的堆放場地，防止變形和銹蝕。對不符合要求的構件，應按照施工質量驗收規(guī)范的要求進行處理。

（2）建立施工樣板

要求施工單位在施工過程中，在第一個穩(wěn)定結構單元形成后，設置次結構樣板，各方責任主體認可后，再進行大面積施工。

（3）加強對結構邊緣構件的抽查

結構邊緣構件包括屋脊、檐口、女兒墻根部等，均可能是受力較大的部位，應加強監(jiān)督抽查，確保次結構的安裝質量。

四、總 結

通過增加上述針對次結構質量監(jiān)督的措施后，我區(qū)輕鋼結構次結構的工程質量水平得到了一定水平的提高。但從大環(huán)境來說，提高輕鋼結構的質量水平仍有很長的路要走。目前，設計方面多采用優(yōu)化設計、滿應力設計，使輕鋼結構的安全儲備很??；施工方面的材料供應情況、制作和加工水平均達不到標準和規(guī)范的要求，造成輕鋼結構質量水平普遍較低。

另一方面，從設計規(guī)范來看，荷載規(guī)范與輕鋼結構存在先天的不匹配，CECS102：2002中對雪荷載的規(guī)定與實際有一定差距，并且構造措施也不能滿足實際的需要；從施工規(guī)范看， 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205－2001規(guī)定在單層鋼結構安裝工程驗收中，檁條、墻架等次結構的驗收為一般項目，要求不是很高，重視程度不足。

五、建 議

1.建議CECS102：2002修訂時，對雪災、臺風等極端天氣對輕鋼結構影響情況應有所考慮，構造措施應適當加強。

2.建議 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205－2001修訂時，對單層鋼結構安裝工程驗收中，檁條、墻架等次結構的驗收該為主控項目。

3.經歷過雪災和風災的輕鋼結構，建議對次結構進行檢查，防止由于螺栓的松弛、次結構的變形造成承載能力的下降。

［1］GB50018－2002，冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范.

［2］CECS 102：2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程.

［3］GB50009－2001，建筑結構荷載規(guī)范.

［4］GB50205－2001，鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范.

［5］薛發(fā).暴風雪中輕鋼結構房屋受災調查與受損思考. 建筑結構，2007.11，9－10