淺談?shì)p型門式剛架的設(shè)計(jì)與施工

李丙辰　趙　巍

摘要：文章闡述了如何對(duì)輕型門式剛架的設(shè)計(jì)與施工

關(guān)鍵詞：輕型門式剛架 屋面活荷載取值

1 輕型門式剛架適用范圍

根據(jù)我國(guó)目前情況來(lái)看，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)已大量應(yīng)用于單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房以及中小型商場(chǎng)、體育場(chǎng)館等建筑物。對(duì)輕型門式剛架而言，通常以H型鋼，采用焊接連接作為梁柱，以C形或Z形輕鋼板作檁條，屋蓋系統(tǒng)或樓面系統(tǒng)用壓型彩色鋼板作面層，面圍護(hù)也可采用單層或夾層壓型鋼板，夾層板內(nèi)部可充填各種保溫層。

2 設(shè)計(jì)方面

2.1 屋面活荷載取值 GB50009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》不上人屋面活荷載取0.5kN/m2。GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，當(dāng)僅有一個(gè)可變荷載且受載水平投影面積超過60m2時(shí)，屋面的活荷載為0.3kN/m2?？蚣芙Y(jié)構(gòu)一般符合此條件，但取活荷載為0.3kN/m2時(shí)，應(yīng)同雪荷載比較，取大值。2008年春南方大面積出現(xiàn)凍雨，凍雪現(xiàn)象，導(dǎo)致許多輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架房屋出現(xiàn)變形，倒塌現(xiàn)象。因此今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。

2.2 內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算 對(duì)于變截面門式剛架，應(yīng)采用彈性分析方法確定各種內(nèi)力，只有當(dāng)剛架的梁柱全部為等截面時(shí)才允許采用塑性分析方法。變截面門式剛架的內(nèi)力通常采用桿系單元的有限元法（直接剛度法）編制程序上機(jī)計(jì)算。地震作用的效應(yīng)可采用底部剪力法分析確定。根據(jù)不同荷載組合下的內(nèi)力分析結(jié)果，找出控制截面的內(nèi)力組合，控制截面的位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接處及梁端、梁跨中等截面。變截面門式剛架的柱頂側(cè)移應(yīng)采用彈性分析方法確定，計(jì)算時(shí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。如果最后驗(yàn)算時(shí)剛架的側(cè)移剛度不滿足要求，需采用下列措施之一進(jìn)行調(diào)整：放大柱或（和）梁的截面尺寸，改鉸接柱腳為剛接柱腳；把多跨框架中的個(gè)別搖擺柱改為上端和梁剛接。

2.3 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性設(shè)計(jì)及腹板屈曲后強(qiáng)度計(jì)算 輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架是主要的承重結(jié)構(gòu)，一般是采用實(shí)腹型變截面的柱和梁組成。門式剛架的形成可以單坡、雙坡和多坡，多跨建筑的中間柱多采用較接的搖擺柱。門式剛架工字截面鋼構(gòu)件中腹板以受剪為主，抗彎作用不如翼緣有效，增大腹板的高度，可使翼緣抗彎能力發(fā)揮得更為充分。但是，在增大腹板高度的同時(shí)，如果厚度增之過大，則腹板耗鋼量太多，也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法是采用高而薄的腹板，而是還有相當(dāng)可觀的屈曲后強(qiáng)度可以利用。在主要為均布荷載起控制作用的結(jié)構(gòu)中，在允沖擊、疲勞、振動(dòng)等荷載的條件下，可充分利用結(jié)構(gòu)受力板件的屈曲有效截面來(lái)分析壓彎桿件腹板的穩(wěn)定性，從而使其腹極高厚比限值可以大幅度提高。

2.4 鋼柱換砼柱 少數(shù)單位設(shè)計(jì)的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時(shí)梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層混合建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很弱，在外力作用下很容易松動(dòng)和破壞。還有的單位，在門式剛架設(shè)計(jì)好之后，又根據(jù)業(yè)主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應(yīng)當(dāng)指出，砼柱加鋼梁作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼梁不變，是不行的。由于連接不同，構(gòu)件內(nèi)力也不同，有的工程斜梁很細(xì)，可能與此有關(guān)。

2.5 檁條計(jì)算不安全 檁條計(jì)算問題較大。檁條是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時(shí)要屈曲，強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)采用有效寬度，對(duì)原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。設(shè)計(jì)人員往往忽略強(qiáng)度計(jì)算要用凈斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達(dá)到6-15%，對(duì)小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析采用的是全截面，如果強(qiáng)度計(jì)算不用凈截面，實(shí)際應(yīng)力將高于計(jì)算值?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.1.8條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強(qiáng)度應(yīng)按凈截面計(jì)算，受壓強(qiáng)度應(yīng)按有效截面計(jì)算，穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計(jì)算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計(jì)算”。

3 施工方面

3.1 柱腳破壞 有的剛架在大風(fēng)時(shí)柱子被拔起，這是實(shí)際中常出現(xiàn)的事故。主要原因是剛架計(jì)算失誤和遺忘抗剪槽的留設(shè)和抗剪件的設(shè)置。設(shè)計(jì)柱間支撐及抗剪件時(shí)，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時(shí)，只設(shè)置少量柱間支撐來(lái)抵抗縱向風(fēng)荷載，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(fēng)荷載較大的地區(qū)剛架柱受拉時(shí)，在柱腳應(yīng)考慮抗拔構(gòu)造，例如錨栓端部設(shè)錨板等。

3.2 沒有柱間支撐 這種情況最近較多。所謂蒙皮效應(yīng)是指壓型鋼板在其平面內(nèi)的抗剪能力，可稱為受力蒙皮作用。如將壓型鋼板與構(gòu)件進(jìn)行可靠連接，則此蒙皮效應(yīng)可使圍護(hù)結(jié)構(gòu)同時(shí)成為結(jié)構(gòu)的重要組成部分，參與整個(gè)結(jié)構(gòu)體系工作，為與之相連的受壓、受彎壓構(gòu)件提供連續(xù)側(cè)向支撐，從而提高這種構(gòu)件的剛度及穩(wěn)定承載力。蒙皮作用的影響因素太多，并非在任何情況多能發(fā)揮作用。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。蒙皮作用最多只能視為一種剛度儲(chǔ)備。

3.3 端板合不上 端板連接是結(jié)構(gòu)的重要部位。由于加工要求不嚴(yán)，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對(duì)不上，合不起來(lái)。強(qiáng)行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴(yán)懲影響工程質(zhì)量。

3.4 錨栓不鉛直 框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝后不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應(yīng)堅(jiān)持先將底板用下部調(diào)整螺栓調(diào)平，再用用無(wú)收縮砂漿二次灌漿填實(shí)，國(guó)外此法施工。最近在上海討論輕鋼施工驗(yàn)收規(guī)程，不少專家強(qiáng)調(diào)了這種方法。

4 小結(jié)

本文結(jié)合輕型門式剛架設(shè)計(jì)與施工中遇到的實(shí)際問題簡(jiǎn)單概括幾個(gè)問題的特點(diǎn)。熟悉以上特點(diǎn)對(duì)從事鋼結(jié)構(gòu)工作的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是十分有益的。深入理解這些概念有助于設(shè)計(jì)與施工出即能保證安全而又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。