門式剛架設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)注意的問題

侯 偉

(中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢 430223)

門式剛架在許多單層工業(yè)廠房、倉庫、交易市場、公共建筑等各類建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。近年來這種結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展速度很快，每年有約300多萬平方米的建筑竣工。很多設(shè)計(jì)人員沒有什么經(jīng)驗(yàn)就參與進(jìn)來，對于很多設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意和經(jīng)常出現(xiàn)的問題并不十分清楚。為了不出現(xiàn)重復(fù)的問題和錯(cuò)誤，不斷提高設(shè)計(jì)水平，在這里提幾點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的問題，供大家借鑒。

1 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

1)板厚選取。門式剛架是典型的輕鋼結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是“輕”，實(shí)現(xiàn)這一本質(zhì)條件是截面板件要“薄”。但設(shè)計(jì)時(shí)檁條和墻梁應(yīng)用的冷彎薄壁型鋼，壁厚不宜小于2 mm，受力構(gòu)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(zhì)的選取。在實(shí)際工程中，鋼材一般選用Q235-B和Q345-B。很多設(shè)計(jì)師們都認(rèn)為，當(dāng)計(jì)算所需梁柱截面由強(qiáng)度控制時(shí)，就選用Q345-B;當(dāng)結(jié)構(gòu)由剛度(變形或穩(wěn)定)控制時(shí)，就選用Q235-B。這也不是絕對的，由于目前運(yùn)輸成本很高，鋼材市場價(jià)格變化較大，所以設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牟牧瞎?yīng)情況等綜合比較后，再確定選擇哪種材料最優(yōu)。因?yàn)殇摬倪€有等級之分，有的設(shè)計(jì)圖中只注明Q235和Q345，不給出材料的相應(yīng)等級，這是不正確的。不推薦使用質(zhì)量等級為A的鋼材，因?yàn)檫@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(jié)構(gòu)布置中伸縮縫的設(shè)置。門式剛架的跨度和柱距主要根據(jù)工藝和建筑要求確定。結(jié)構(gòu)布置主要是考慮溫度區(qū)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(yīng)和工藝專業(yè)、管道專業(yè)等共同確定，以免影響建筑物的使用功能?？紤]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(qū)段長度控制在300 m以內(nèi)，橫向溫度區(qū)段長度控制在150 m以內(nèi)。當(dāng)建筑或工藝尺寸超過時(shí)，應(yīng)該設(shè)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(shè)置雙柱，另一種是通過檁條的可調(diào)節(jié)構(gòu)造(如開橢圓孔等)來實(shí)現(xiàn)。

4)荷載取值及荷載估算。同一門式剛架結(jié)構(gòu)對于不同的荷載取值計(jì)算結(jié)果變化很明顯，取值過大，很不經(jīng)濟(jì)，用鋼量就會增加，過小又不安全，荷載取值要符合實(shí)際情況，要做到荷載不漏項(xiàng)。一般當(dāng)工程確定后，甲方在有的條件還未落實(shí)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(fēng)設(shè)施，這些還未最后確定，就要求出基礎(chǔ)圖和剛架圖，這就需要設(shè)計(jì)人員注意協(xié)調(diào)，向有經(jīng)驗(yàn)的老同志請教，而不能心中無數(shù)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(shí)這兩種柱腳很明顯的區(qū)別就是對側(cè)移控制，如果結(jié)構(gòu)對側(cè)移控制較嚴(yán)，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(jié)構(gòu)在吊車荷載作用下柱頂位移過大會造成吊車卡軌現(xiàn)象，影響吊車的正常使用。在這種情況下，把柱腳設(shè)計(jì)成剛接柱腳比較合理，增加廠房的剛度，使其位移不超過規(guī)范允許值。如果當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況較差，柱腳如果考慮鉸接，這樣傳至基礎(chǔ)的內(nèi)力僅為軸力和剪力，柱腳彎矩為0，有利于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，可以減少基礎(chǔ)造價(jià)。我們經(jīng)常遇到的門式剛架，柱腳很多都設(shè)計(jì)成鉸接，這樣施工也比較簡單。

6)設(shè)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(chǎn)生水平力，柱腳通過螺栓與基礎(chǔ)連在一起。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范是不允許錨栓抗剪的，剪力是通過底板和基礎(chǔ)頂面的摩擦力(摩擦系數(shù)取0．4)來傳遞的，若不滿足要求則需設(shè)抗剪鍵。輕鋼結(jié)構(gòu)重量比較輕，摩擦系數(shù)為0．4時(shí)底板和混凝土之間產(chǎn)生的摩擦力很小，特別是在風(fēng)吸力起控制作用時(shí)，柱底板與混凝土之間幾乎不存在壓應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，這時(shí)就需要設(shè)置抗剪件。但在工程實(shí)踐中很少設(shè)抗剪鍵，也沒有出現(xiàn)什么問題，錨栓實(shí)際上參與了抗剪。個(gè)人認(rèn)為:對于比較重要的工業(yè)與民用建筑，且使用年限比較長的建筑物，設(shè)置抗剪件，確保安全可靠;對于臨時(shí)的或不重要的建筑物，可考慮螺栓抗剪，這時(shí)螺栓同時(shí)受到拉力和剪力的共同作用，對于螺栓的應(yīng)力不要用得太滿。在設(shè)置抗剪件的過程中，會遇到這種情況，如果一個(gè)結(jié)構(gòu)下部是混凝土結(jié)構(gòu)，頂部需要大跨度設(shè)置門式剛架，在混凝土柱頂需設(shè)置抗剪件和抗剪坑，如果水平力比較大，相應(yīng)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?shù)腻^固鋼筋不被切斷，可以不設(shè)抗剪件，而是在柱頂設(shè)置預(yù)埋件和預(yù)埋螺栓，待柱子安裝完后，柱底板預(yù)埋件圍焊，通過埋件錨爪的抗剪，將水平力傳至下部結(jié)構(gòu)。

7)柱間支撐的設(shè)置。門式剛架沿跨度方向的橫向穩(wěn)定性，是通過設(shè)計(jì)適當(dāng)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(jié)構(gòu)剛度較弱，于是需要沿建筑物的縱向設(shè)置支撐以保證其縱向穩(wěn)定性。支撐系統(tǒng)的主要目的是把施加在建筑物縱向上的風(fēng)，起重機(jī)，地震等荷載從其作用點(diǎn)傳到柱基礎(chǔ)最后傳到地基，支撐系統(tǒng)有斜交叉支撐，門架支撐等形式。有人認(rèn)為外墻的檁條和彩板構(gòu)成較大的縱向剛度，可以不設(shè)柱間支撐，這是不對的;還有人認(rèn)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(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置獨(dú)立的空間穩(wěn)定的支撐體系。

2 施工中應(yīng)注意的問題

1)現(xiàn)場拼接位置不嚴(yán)。梁各段和梁與柱的連接，都是采用高強(qiáng)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?，F(xiàn)場有的端板加工不平或傾斜，用高強(qiáng)螺栓強(qiáng)行拉在一起，兩端板之間還有空隙，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量。要解決此問題應(yīng)從加工制作到現(xiàn)場安裝，都要嚴(yán)格把關(guān)，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(yīng)首選剪切方式避免采用火焰切割。施焊時(shí)，應(yīng)選擇合理的焊接順序，減少鋼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和焊接變形，同時(shí)還可采用預(yù)熱、錘擊和整體回火等方法達(dá)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(qiáng)螺栓施工。高強(qiáng)螺栓孔應(yīng)采用鉆成孔，不能采用火焰切割，高強(qiáng)螺栓連接件表面采用噴砂處理(抗滑系數(shù)不低于0．35)，采用螺栓連接的部位，在構(gòu)件安裝就位校正后，需將螺栓絲扣打毛或?qū)⒙菟ㄅc螺母焊牢，以防松動。

3 結(jié)語

以上所涉及的問題都是在工作中經(jīng)常遇見的問題，并指出了應(yīng)注意的地方，可能有不妥或錯(cuò)誤的地方，愿和業(yè)內(nèi)人士共同探討，其目的就是把門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更合理，更安全。

［1］《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》編委會．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(上冊)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004．

［2］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］．北京:中國計(jì)劃出版社，2003．

［3］陳紹蕃．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］．北京:科學(xué)出版社，1998．

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

［5］汪一駿．輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南(實(shí)例與圖集)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001．

［6］中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會．建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊［M］．北京:中國計(jì)劃出版社，2002．