鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析

郭建華

摘 要：在總結(jié)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的幾個(gè)典型問(wèn)題的分析，避免在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn) 質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TU392.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（c）-0058-01

近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，技術(shù)越來(lái)越成熟，國(guó)家和地方編制了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程、圖集等來(lái)指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工。但鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)形式千變?nèi)f化，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中還會(huì)產(chǎn)生許多問(wèn)題。如在施工圖設(shè)計(jì)階段，由于設(shè)計(jì)時(shí)間緊，設(shè)計(jì)任務(wù)繁重，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)軟件自動(dòng)生成的圖紙或選用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集，但對(duì)于施工單位一些經(jīng)驗(yàn)不足的施工人員，由于不能深刻理解設(shè)計(jì)人員的意圖和施工圖內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，常常在鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝等過(guò)程產(chǎn)生諸多問(wèn)題，影響施工質(zhì)量及進(jìn)度。同樣由于設(shè)計(jì)人員水平不一，在鋼結(jié)構(gòu)材料選取、節(jié)點(diǎn)做法等設(shè)計(jì)時(shí)存在不足之處，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工單位在鋼結(jié)構(gòu)材料采購(gòu)、加工、運(yùn)輸及安裝等方面造成一些困難。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中常見(jiàn)的幾個(gè)問(wèn)題探討

1.1 鋼柱柱腳的設(shè)計(jì)

（1）柱腳錨栓的錨固：柱腳錨栓的錨固長(zhǎng)度，不同直徑的錨栓，有不同的要求，在施工圖中，設(shè)計(jì)人經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)圖集或設(shè)計(jì)手冊(cè)中給定的錨栓的錨固長(zhǎng)度?；A(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)若考慮不周全或當(dāng)基礎(chǔ)高度、基礎(chǔ)埋置深度受到限制時(shí)，尤其對(duì)直徑較大的錨栓，由于錨栓錨固長(zhǎng)度較大，錨栓已經(jīng)伸至基礎(chǔ)底面以下，造成柱腳錨栓無(wú)法安裝。特別是有些工程，上部鋼結(jié)構(gòu)施工圖由鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)公司設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)施工圖由另外一家設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，若兩家設(shè)計(jì)院未及時(shí)溝通，很容易發(fā)生由于柱腳錨栓長(zhǎng)度過(guò)大而無(wú)法安裝的情況，為此需修改設(shè)計(jì)或采取其它辦法以滿足錨栓的錨固長(zhǎng)度，以免延誤工期，造成不必要的損失。

（2）柱腳抗剪鍵：對(duì)于設(shè)置了抗剪鍵的柱腳，應(yīng)在基礎(chǔ)短柱頂預(yù)留一定尺寸的方孔以保證抗剪鍵就位，當(dāng)鋼柱基礎(chǔ)間設(shè)置了基礎(chǔ)梁，基礎(chǔ)梁頂標(biāo)高通常與基礎(chǔ)短柱頂標(biāo)高相同，這時(shí)很容易發(fā)生基礎(chǔ)梁頂縱筋與抗剪鍵相碰，造成基礎(chǔ)梁鋼筋錨固長(zhǎng)度不足。設(shè)計(jì)時(shí)如果遇到此問(wèn)題時(shí)，可將基礎(chǔ)梁頂標(biāo)高降低或?qū)⒒A(chǔ)梁水平定位與抗剪鍵錯(cuò)開(kāi)，以滿足基礎(chǔ)梁頂縱筋的錨固長(zhǎng)度。

（3）柱腳底板與基礎(chǔ)短柱調(diào)整空間的二次灌漿：柱腳底板設(shè)置抗剪鍵或柱腳底板與基礎(chǔ)短柱頂預(yù)留50～100 mm的調(diào)整空間時(shí)，當(dāng)剛架和支撐等構(gòu)件安裝、檢測(cè)和校正幾何尺寸無(wú)誤后，應(yīng)對(duì)抗剪鍵預(yù)留孔及調(diào)整空間采用灌漿料填實(shí)，設(shè)計(jì)中柱腳底板若未預(yù)留溢漿孔，這樣很容易造成灌漿料無(wú)法填實(shí)，使柱腳底板與灌漿料結(jié)合不緊湊，形成安全隱患，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)在柱腳底板預(yù)留溢漿孔，以避免此問(wèn)題發(fā)生。

1.2 杯口基礎(chǔ)與鋼柱的連接

當(dāng)柱底彎矩較大而柱底軸力相對(duì)較小時(shí)，若柱腳采用錨栓與基礎(chǔ)相連，錨栓直徑會(huì)比較大且柱腳通常要做成靴梁式柱腳，靴梁式柱腳做法復(fù)雜且用鋼量較大。這種情況下，可將柱腳改為插入式柱腳，鋼柱基礎(chǔ)采用杯口基礎(chǔ)。插入式柱腳做法簡(jiǎn)單且節(jié)省鋼材，但鋼柱安裝找正相對(duì)復(fù)雜。由于杯口內(nèi)二次澆灌的細(xì)石混凝土很難振搗，嚴(yán)重時(shí)柱腳底板下可能出現(xiàn)空鼓。設(shè)計(jì)時(shí)可采取增大柱腳底板與杯口底面之間的距離或在柱腳底板上設(shè)置排氣孔等措施來(lái)保證二次澆灌混凝土的質(zhì)量，對(duì)于格構(gòu)柱尚應(yīng)在鋼柱柱底水平聯(lián)系桿預(yù)留灌漿孔。二次澆灌前應(yīng)將基礎(chǔ)杯口內(nèi)表面打毛并清洗干凈，埋入混凝土內(nèi)的鋼柱表面不得涂油漆，并對(duì)鋼板表面進(jìn)行適當(dāng)處理，以增強(qiáng)混凝土與鋼構(gòu)件之間的粘結(jié)力，來(lái)保證施工質(zhì)量。

1.3 節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大部分是在加工廠完成制作，構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后拼裝，由于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致構(gòu)件無(wú)法安裝，這種情況在施工中會(huì)經(jīng)常碰到。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮節(jié)點(diǎn)受力合理，也要考慮節(jié)點(diǎn)是否便于安裝，當(dāng)安裝困難或無(wú)法安裝時(shí)，應(yīng)考慮變更節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

門(mén)式剛架柱頂系桿與H型鋼鋼柱弱軸連接時(shí)，如采用系桿兩端伸入鋼柱翼緣內(nèi)的連接做法，因系桿的長(zhǎng)度大于鋼柱的凈距，造成系桿無(wú)法就位，為此應(yīng)該將連接系桿端部的鋼柱上的節(jié)點(diǎn)板伸出鋼柱翼緣，系桿長(zhǎng)度相應(yīng)減小，保證系桿順利安裝。

門(mén)式剛架邊柱的梁柱節(jié)點(diǎn)通常采用端板豎放和端板橫放兩種形式，當(dāng)邊柱采用內(nèi)天溝排水時(shí)，一些設(shè)計(jì)人員由于考慮不全，當(dāng)天溝寬度較大，鋼柱截面高度相對(duì)較小時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)采用端板豎放的形式，造成梁柱節(jié)點(diǎn)端板及端板加勁肋與天溝相碰，天溝無(wú)法安裝，這種情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)可采用端板橫放的連接形式。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于不同的截面形式，手工焊接、自動(dòng)焊接、螺栓連接均有不同的構(gòu)造尺寸和操作空間的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮周全，否則由于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會(huì)造成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加工時(shí)無(wú)法焊接或鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)因操作空間偏小構(gòu)件無(wú)法安裝到位。

1.4 鋼材材料的選用、材料公差

為保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼板厚度和工作環(huán)境等因素，選用合適的鋼材牌號(hào)和材性。承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳素鋼結(jié)構(gòu)》GB/T 700和《低合金高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)》GB/T 1591的規(guī)定。承重結(jié)構(gòu)采用的應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)及重要的焊接非承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格的保證。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)鋼材市場(chǎng)可能不很了解，導(dǎo)致施工單位在備料時(shí)常會(huì)發(fā)生買(mǎi)不到施工圖紙中所選用的材料。例如：材質(zhì)為Q345鋼的角鋼或柱腳錨栓，采購(gòu)相當(dāng)困難。對(duì)需要驗(yàn)算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)工作溫度的不同，選用具有常溫、-20°C或-40°C沖擊韌性的合格保證的鋼材，有些設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的工作溫度不甚理解，將鋼材的沖擊韌性提高一個(gè)級(jí)別，這就無(wú)形中增加了工程造價(jià)和材料采購(gòu)的難度。上述問(wèn)題應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中避免。某些建設(shè)或施工單位要求在焊接結(jié)構(gòu)中用Q235A級(jí)鋼代替施工圖中的Q235B級(jí)鋼，在焊接結(jié)構(gòu)中，建筑鋼的焊接性能主要取決于碳的含量，因相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中A級(jí)鋼的碳含量不作為交貨條件，為確保工程質(zhì)量，避免發(fā)生工程事故，設(shè)計(jì)人員一定要明確在主要焊接結(jié)構(gòu)中不應(yīng)采用Q235A級(jí)鋼。

2 結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)的施工圖設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工、制作、安裝息息相關(guān)，設(shè)計(jì)人員對(duì)每一步都應(yīng)該有清楚的了解，這些對(duì)設(shè)計(jì)及施工都有很大的幫助。設(shè)計(jì)人員只有通過(guò)分析、總結(jié)，不斷提高自身的業(yè)務(wù)水平，才能使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更好的滿足施工要求。

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