門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究

王紅偉 李 丹

（黑龍江省農(nóng)墾建筑設(shè)計(jì)院寶泉嶺分院，黑龍江 寶泉嶺 154211）

在建筑施工中，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系是近年來(lái)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。它是用等截面或變截面的焊接H型鋼作為梁柱，以冷彎薄壁型鋼作為檁條、墻梁、墻柱，以彩鋼板作為屋面板及墻板，現(xiàn)場(chǎng)用螺栓或焊接拼接的門式剛架為主要承重結(jié)構(gòu)，再配以零件、扣件、門窗等形成的比較完善的建筑體系，即門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系。這種體系可以在工廠批量生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)按要求拼裝形成。能有效地利用材料，構(gòu)件尺寸小，自重輕，抗震程度高，施工安裝方便，建設(shè)周期短，能夠形成大空間、大跨度，具有外表美觀，造價(jià)低，易維護(hù)等特點(diǎn)。

1 門式剛架輕型結(jié)構(gòu)概述

門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外應(yīng)用極為廣泛。在我國(guó)，隨著壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的引進(jìn)和發(fā)展，輕型門式剛架體系也引起了普遍的重視，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，逐漸成為許多工業(yè)和民用建筑的首選體系。門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體始于美國(guó)。日本和歐洲門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用也較多，但美國(guó)的門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)體系發(fā)展最快，應(yīng)用也最廣泛。由于門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)具有許多其他結(jié)構(gòu)所不具備的有點(diǎn)，而且經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，因此這種結(jié)構(gòu)一經(jīng)推出就得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)門式剛架結(jié)構(gòu)體系起步較晚，是在引進(jìn)國(guó)外相關(guān)材料和軟件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。早在20世紀(jì)60年代初，我國(guó)就對(duì)由焊接的工字形截面組成的門式剛架輕型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究試驗(yàn)，主要是剛架的塑形設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于試點(diǎn)工程中。但是，由于我國(guó)多年來(lái)一直從節(jié)約鋼材和資金的角度出發(fā)，對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)采用限制使用的政策，因此，門式剛架結(jié)構(gòu)體系未得到長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)論是設(shè)計(jì)水平，還是施工水平，與國(guó)外相比，都有較大的差距。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)量的增加和焊接H型鋼的出現(xiàn)，壓型鋼板、冷彎薄壁型鋼、H型鋼的出現(xiàn)和大批量的生產(chǎn)，特別是《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 102:98）頒布實(shí)施，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)大量涌現(xiàn)，門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系得到較廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了我國(guó)的設(shè)計(jì)、成型一體化進(jìn)程。許多大型鋼結(jié)構(gòu)公司都增加了門式剛架輕型結(jié)構(gòu)體系的生產(chǎn)線。程序化設(shè)計(jì)已經(jīng)取代了手工設(shè)計(jì)，國(guó)外設(shè)計(jì)軟件逐漸被我國(guó)自行編制的設(shè)計(jì)軟件所代替。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，到2000年我國(guó)已建成的此類結(jié)構(gòu)已達(dá)800×104m2以上，而且以每年100×104m2以上的速度增長(zhǎng)。

2 設(shè)計(jì)方面

2.1 屋面活荷載取值

框架荷載取0.3kN/m2已沿用多年，不打算修改。但屋面結(jié)構(gòu)，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》征求意見稿規(guī)定屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構(gòu)件的荷載面積大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范保持一致。國(guó)外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，遇到超載情況，就要出安全問(wèn)題?，F(xiàn)在有的框架梁太細(xì)，檁條太小，明顯有克扣荷載情況，今后應(yīng)特別注意，決不允許在有限的活荷載中“挖潛”。

2.2 屋脊垂度要控制

框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗(yàn)算坡面斜梁撓度外，是否要驗(yàn)算跨中下垂度，框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計(jì)算，每段都要計(jì)算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗(yàn)算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來(lái)就小，脊點(diǎn)下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過(guò)小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形。現(xiàn)在打算做個(gè)規(guī)定，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對(duì)坡度影響較大時(shí)（例如使坡度小于1/20），要驗(yàn)算山尖垂度，以便對(duì)屋面剛度進(jìn)行控制。

2.3 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，不能剛接。多高層建筑中，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(guò)配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，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，要的工程斜梁很細(xì)，可能與此有關(guān)。

2.4 檁條計(jì)算不安全

檁條計(jì)算問(wèn)題較大。檁要是冷彎薄壁構(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。再有，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?！兑?guī)程》3.1.7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”。國(guó)外檁條普遍采用高強(qiáng)度低合金鋼，但我國(guó)低合金鋼Q345的沖壓性能不行，只有用Q235的。如果用Q235的，計(jì)算時(shí)不考慮有效截面，荷載稍大時(shí)檁條就要垮。

3 施工方面

3.1 剛架柱問(wèn)題

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。主要原因不是剛架計(jì)算失誤，而且設(shè)計(jì)柱間支撐時(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(méi)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 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。

3.3 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。

3.4 保溫材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化后水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時(shí)間較長(zhǎng)。屋面的設(shè)計(jì)荷載很小時(shí)，當(dāng)吸水量達(dá)至一定程序，超過(guò)了結(jié)構(gòu)的承載能力，就要倒塌。

3.5 保溫材料胡亂安裝

保溫材料一般采用玻璃棉，其厚度根據(jù)熱功計(jì)算確定。正規(guī)做法是采用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉。防止冷凝水向室內(nèi)滴水，是房屋的使用要求之一。承受懸掛時(shí)的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網(wǎng)。有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當(dāng)采用內(nèi)層鋼板吊頂時(shí)，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時(shí)，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業(yè)時(shí)，將周邊門窗關(guān)閉，由于室內(nèi)外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處滴下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能按時(shí)完工。當(dāng)保溫卷材有隔汽層并保持接縫處密封時(shí)，卷材是干燥的，無(wú)隔汽層時(shí)卷材是濕的。在水份的長(zhǎng)期浸泡下，隨著時(shí)間的推移，保溫棉將被逐漸壓實(shí)，最終失去應(yīng)有的保溫作用，因此安裝方法一定要按照規(guī)范執(zhí)行。

[1]黃鶿.建筑施工圖設(shè)計(jì)[M].湖北.華中科技大學(xué)出版社.2009.

[2]李溫施.施工圖設(shè)計(jì)概論[M].黑龍江.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2010.