浅议厂房钢结构设计常见问题

2013-08-15徐小平李晨光

中国建筑金属结构 2013年10期

韦婉，徐小平，李晨光

（1.城市建设研究院，北京 100120；2.城市建设研究院环卫一所，北京 100120；3.北京阳光城房地产有限公司，北京 100022）

随着技术的进步和社会经济的发展，钢结构在工业厂房的设计中已经成为非常重要的结构形式。其主要有综合效益高、施工周期短、现场工作量小、工厂化程度高、造价低、自重轻等优点。例如黑龙江省，地理位置处于严寒地带，冬季大雪纷飞，气温极低，导致堆积起来的冰雪反复冻融，因此，保温处理就要求很高，普通钢屋面难以抵制由其造成的破坏，天沟处很容易造成渗漏，这些问题都需要严加注意。

1 厂房结构体系的选型问题

在进行厂房结构的方案选择时，主要从以下几个方面综合考虑确定，如技术经济分析、结构设计分析、建筑节能设计以及满足工艺流程等。其中，格构式钢框架也可选择，它由析架以及钢缀条柱构成平面框架，并使用双层保温压型钢板来为墙体以及屋盖进行围护。当然，柱一网架结构方案也是必不可少的方案之一。它的特点就是：承重结构主要采用钢筋混凝土柱或轻钢，上设双层保温压型钢板屋盖，并以钢网架为屋盖承重。墙体则以保温压型钢板或砌体作保温围护。

现行方案具有经济性好、结构轻盈、造价较低、无论外形还是内部都较为美观、安装和制造周期短等优点，并且能够符合建设单位的要求，从而得以顺利实施。但是，已建结构也存在着结构刚度差、耐久性差等其固有的问题。尤其是一些高寒地区，由于存在长期积雪的可能，刚度问题以及围护结构的耐久性问题就会表现出来。

2 门式刚架柱网尺寸的选择及结构体系的布置问题

门式钢架柱网在进行布置时，应首先满足厂房工艺使用的要求，门式钢架间距一般是6~9m，不论是否具有吊车，门式钢架的合理柱距，建议采用8~9m。工程中构件数量的多少，将直接影响施工进度、安装的工程量、工程的造价以及加工的工程量。若工程中采用9m的柱距，此时的吊车梁、攘条、钢架等构件的数量，比起6m柱距大约会减少30%。虽然如此情况会导致截面增大，但是这样会降低工程造价并缩短施工周期。门式钢架的较经济跨度一般可以在21~24m范围内采用，其合理的最大跨度一般不应大于36m。

其次，结构体系的选择方面。墙梁和攘条不仅仅是承受水平以及竖向荷载的构件，也是钢架之间的连系构件。每个温度区段，在厂房的第二柱间或端部柱间应设置屋盖的横向支撑，其纵向水平力一般应由支撑体系承受，为使整个厂房形成一个稳定的空间结构，需要在厂房其余的位置，锤隔大约40m就设置一道横向的支撑。门式刚架轻型结构房屋的横向温度区段一般小于或等于150m，而纵向温度区段则一般不大于300m。

3 檩条、墙梁及拉条应注意的问题

经济高效的实腹式带卷边C形和Z形冷弯薄壁型钢，能够足以发挥材料的性能，整体刚度好，惯性矩及其截面回转半径相对较大，因此，一般情况下为门式刚架轻型钢结构厂房的墙梁及檩条所用。但是，其同样具有一些缺点，比如对荷载的偏心比较敏感，截面抗扭刚度较小。因而，在进行数据的计算过程中，应该考虑到可能产生的约束翘曲应力以及扭转变形。

对檩条、墙梁及拉条等围护构件进行设计时，需要注意几个方面：一是在施工过程中，为了防止施工不便情况的出现，一般不应采用双层拉条；二是风吸力组合作用下的檩条下翼缘受压时，应该使用稳定计算加以解决；三是檩条的糙定性在风吸力作用下，可以使用《冷弯薄壁型钢结构设计规范》以及《钢结构设计规范》中的公式进行验算。使用连续构件是为了节省墙梁及檩条，但是不少单位没有进行试验确定其塔接长度，因而导致塔接长度及连接无法满足连接梁的条件。因此，在对其进行设计时，如果使用连续的墙梁及檩条，要对其塔接长度进行试验确定，同时，还需要对其在支座不均匀沉降及温度变化情况下可能出现的隐患加以注意。

4 门式轻钢钢架常见设计质量问题

在门市轻钢钢架设计过程中，常见的质量问题主要有：

（1）有的工程无论门式刚架跨度设计的有多大，选用柱脚螺栓时都按照最小直径M20进行，因而造成了工程事故。针对此种情况，在考虑到与柱脚的刚度相称及相关的不利因素影响的情况下，对锚栓的计算应该按照最不利的情况进行。建议按本措施：一般当刚架跨度不大于18m时，应选用2个M24；不大于27m时，应选用4个M24；不小于30m时，应选用4个M30。

（2）有的工程在设计过程中按刚接计算设计斜梁及钢柱，但在实际施工中则省掉钢柱，用钢筋混凝土柱或砖柱支承斜梁，因而造成了工程事故。针对此类事件，在设计过程中需要表达清楚节点的构造，并使之与计算相符。梁、柱拼接点大都按照刚接点进行计算，而因为端部封板较薄，使得其与计算出入较大，因此，为保证短板刚度足够，应该严格控制封板厚度。

（3）有的工程在对门式刚架斜梁进行拼接时，把腹板与翼缘的拼接接头放在一个截面上，这样很易造成工程隐患。在对拼接接头进行设计时，腹板接头与翼缘接头必须错开。也有单位在设计檩条时，并没有提及镀锌方法以及镀锌量，而只是简单的要求镀锌，因此，施工单位采用电镀，导致施工尚未完成，檩条就已经生锈。故而在设计时就应该提出需使用热镀锌带钢压制而成的翼缘，并且对镀锌量加以要求。

（4）保证整体稳定的重要措施是檩条或墙梁、拉条及隅撑位置的设置，而有的工程设计却取消了它们的设置，这样就很有可能造成工程隐患。在特殊情况下若无法设置隅撑，为保证梁柱翼缘不出现屈曲，应采取可靠有效地保障措施。门式刚架斜梁及钢柱的腹板或者翼缘板的厚度可变，但是，有的单位翼缘板由20mm骤然变成8mm，相邻板的突变对整体受力非常不利，因此，在进行设计时，需逐步变薄，应以2~4mm的级差变化为佳。

（5）有的工程，可能会建筑在八度地震区域，但是它的柱间支撑仍旧采用直径较小的圆钢，这就可能导致工程隐患的发生。因此，在八度地震区域的建筑工程，应对柱间支撑进行严格的计算，并且应该选用角钢断面。