门式刚架轻型房屋钢结构设计施工中常见问题探讨

2010-04-14段旭松

四川建筑 2010年6期

关键词：门式刚檩条轻钢

段旭松

(攀枝花中冶实久勘察设计院有限公司,四川攀枝花 617000)

门式刚架轻型房屋钢结构设计施工中常见问题探讨

段旭松

(攀枝花中冶实久勘察设计院有限公司,四川攀枝花 617000)

轻型门式钢架结构是目前国内应用和发展速度最快的新型结构形式,近年来在工业厂房及公共民用建筑中得到广泛应用。文中就门式刚架设计、施工中遇到的一些问题作探讨,希望通过本文论述能对工程技术人员有所帮助。

门式刚架; 轻钢结构; 特点; 设计与施工

门式刚架轻钢结构是一种新型的建筑结构形式,近年来在国内发展迅速,并得到了广泛应用。门式刚架轻钢结构以门形刚架为结构受力体系,围护结构为薄壁C型或Z型钢檩条和彩色压型钢板。

本文通过对门式刚架轻钢结构厂房的工程实践,对该种结构的特点及设计与施工中应注意的问题作如下初步分析和探讨。

1 门式刚架轻钢结构的特点

1.1 用钢量少,自重轻

门式刚架轻钢结构采用防水、围护一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料,大大减轻了荷载重量。其承重构件普遍采用高强钢材,以减轻结构自重。通常门式刚架轻钢结构的重量只有钢筋混凝土结构的 1/8～1/10,是普通钢结构重量的 1/2～1/3。

1.2 适应性强

门式刚架轻钢结构的跨度、柱距布置灵活,单跨、多跨可随意组合,可应用于不同工艺、不同规模、不同用途的各类建筑中。

1.3 施工速度快、周期短

钢构件工厂化生产效率高、精度高、质量稳定,工地拼装,施工简便、迅速、工期短。一般 5 000～10 000m2的单层工业厂房工期仅需 3个月。

1.4 符合“美观、经济、实用”的原则

造价合理,投资见效快,综合经济效益好。空间使用率高,外观新颖别致,时代感强。

2 设计中应注意的问题

2.1 荷载取值

2.1.1 刚架恒荷载

采用软件计算时,刚架自重一般都由软件自动集成,而屋面板、檩条、支撑等荷载按线荷载加到刚架梁上进行计算。根据设计经验,当屋面板厚度等于或小于 6mm时,屋面板、檩条、支撑重量建议按如下取值:单层板时取 0.15～0.20 kN/m2;双层板时取0.20～0.25 kN/m2。

2.1.2 钢架活荷载

(1)计算屋面板和檩条时,活荷载要采用0.5 kN/m2。《门式刚架轻钢结构技术规程》(CECS 102:2002)规定:不上人屋面的活荷载为0.5 kN/m2,但钢架的受荷载面积大于 60 m2的可乘折减系数 0.6。门式刚架一般符合此条件,所以在计算钢架时一般可用 0.3 kN/m2。根据国外资料,门式轻钢结构,一般要考虑0.15～0.5 kN/m2的附加荷载,而我国现行规范无此规定,如遇到暴风雪等情况,有时就会出安全问题。因此在梁和檩条已较小的这类门式轻钢钢架中,不应再出现有明显克扣活荷载的情况。

(2)钢架风荷载,应根据当地基本气候条件按《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)取值,但风荷载体型系数应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102-2002)进行取值计算。如果风荷载体型系数仍然按《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)取值时,风荷载标准值应乘以 1.1的增大系数,否则风荷载标准值会小于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102-2002)的要求,在风荷载作用下结构会存在隐患。

2.2 优化设计,减少用钢量

2.2.1 设计计算

必须按照《门式刚架轻钢结构技术规程》(CECS 102: 2002)进行设计计算,而不能沿用现行的《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)进行门式刚架轻钢结构的设计计算。

2.2.2 选用合理的柱网布置

在门式刚架中,主刚架和檩条的用钢量占 90%以上,在相同的荷载条件下,柱网布置不同,对主钢架和檩条的用钢量影响很大。因此,在满足工艺要求的同时,要选择经济用钢量的柱距和跨度。经过多个工程设计用钢量的统计,笔者建议柱距采用 6～8m,跨度不宜大于 36m。

2.2.3 设计中要选择合理的构件截面形式和支承方式

檩条要选用薄壁宽肢的C型、Z型,而钢架一般采用 H型截面。当荷载一定时,连续支承构件比简支构件的截面要小,因此在轻型门式刚架中屋面檩条和墙面檩梁均宜采用连续支承方式。

2.2.4 构件截面选择

采用楔形构件和变截面构件同时变化翼缘厚度和腹板厚度,可显著节省钢材。

2.2.5 对檩条在风吸力作用下的下翼缘失稳的验算

薄壁型钢规范是不考虑屋面蒙皮作用,计算结果很不经济。屋面压型钢板蒙皮作用可提高檩条上翼缘承载力约10%,提高下翼缘、腹板承载力约 6%,对门式刚架承载力也将会有很大的提高。压型钢板屋面蒙皮作用对檩条上翼缘提供侧向支撑是不成问题的,但对檩条下翼缘失稳承载力的影响,暂无成熟的计算方法,国内外的试验表明屋面蒙皮作用对檩条下翼缘扭转失稳的约束是非常明显的。

屋面蒙皮作用也可用于门式刚架梁的平面外稳定,即平面外稳定计算时,其平面外支点可以采用檩条之间距,而不是采用水平支撑的间距。一般平面外计算长度建议按 3 m采用。墙面压型钢板的蒙皮作用也是人们讨论的问题,应该说墙体蒙皮作用是可以考虑的。但门式轻钢钢架设计计算时,考虑到钢架断面尺寸已较小,建议不考虑墙皮的蒙皮作用。

2.3 板型设计

板型对建筑物的外观及使用效果影响很大,如屋面板施工中采用暗扣式压型彩板,此板为咬边隐蔽连接,防水、防腐、防风性能优于其它板型。经咬边成型后的屋面无螺栓孔,保证屋面板各处同等使用寿命,表面光洁美观。因此设计中不仅要写明板的材料,还应注明板型。

2.4 包角和屋脊的设计

包角设计不好,直接影响外观效果和使用性能。压型钢板屋面漏水问题大部分集中在屋脊处,设计中可考虑采用双层屋脊盖板的做法,这样既能防止雨水由于风力作用而倒灌,又能防止上层屋脊盖板涂敷密封膏不严而漏水。

3 施工中应注意的质量问题

3.1 钢架柱拔出

有的刚架遇大风时柱子被拔起,这是工程中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误,而是设计柱间支撑时,未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向长度较短时,若只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载,则支撑传给柱脚的拉力很大,而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施,很可能将柱子拔起。因此,在风荷载较大的地区刚架柱受拉时,在柱脚应考虑抗拔构造,例如锚栓端部设锚板等。

3.2 厂房结构的安装

钢结构安装时未形成空间稳定体系,一遇大风等情况时钢架倒塌,因此钢结构安装必须按施工组织设计进行。先从有柱间支撑、屋面支撑的两榀刚架开始,刚架安装完成后随即安装系杆、支撑,使结构形成空间稳定体系。避免工程质量事故。同时安装过程中有偏差应采取措施调整,不得强行就位,导致结构和构件的永久塑性变形。

3.3 端板合不拢

端板连接部位是门式钢架结构的重要受力位置。由于加工要求不严,而腹板与端板间又有夹角偏差,多数工程两块端板完全对不拢,两块端板间出现缝隙,严重影响高强螺栓的受力,安装时强行用高强螺栓拉在一起,仍留下缝隙,严重影响工程质量。

3.4 锚栓不垂直

钢架柱柱脚底板水平度差,地脚锚栓不垂直,柱子安装后不在一条直线上,东倒西歪,使房屋外观很难看。建议钢架安装时地脚锚栓在柱脚底板下增加一个调平螺帽,先将柱脚底板调平后,最后再用无收缩砂浆二次灌浆填实。

3.5 高强螺栓施工

高强螺栓应做预应力、抗滑移、抗扭等试验。高强螺栓应自由穿入螺栓孔,螺栓孔如有不重合或有偏差时,应进行修整,但不允许气割扩孔。连接摩擦面应保持干燥、整洁,不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、污垢等。除设计有要求外,摩擦面不应涂装。安装高强螺栓时要用校正过扭矩值的扭力扳手拧紧,其扭矩值偏差不得大于 5%,高强螺栓连接终拧后,其外露的丝扣不得小于 2扣。