门式刚架设计与施工中应注意的问题

2013-08-15侯伟

山西建筑 2013年3期

侯伟

(中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430223)

门式刚架在许多单层工业厂房、仓库、交易市场、公共建筑等各类建筑结构中得到广泛应用。近年来这种结构在我国发展速度很快，每年有约300多万平方米的建筑竣工。很多设计人员没有什么经验就参与进来，对于很多设计和施工中应注意和经常出现的问题并不十分清楚。为了不出现重复的问题和错误，不断提高设计水平，在这里提几点设计和施工中应注意的问题，供大家借鉴。

1 设计中应注意的问题

1)板厚选取。门式刚架是典型的轻钢结构，轻钢结构的本质是“轻”，实现这一本质条件是截面板件要“薄”。但设计时檩条和墙梁应用的冷弯薄壁型钢，壁厚不宜小于2 mm，受力构件和连接板不宜小于4 mm，圆钢管壁厚不宜小于3 mm。

2)材质的选取。在实际工程中，钢材一般选用Q235-B和Q345-B。很多设计师们都认为，当计算所需梁柱截面由强度控制时，就选用Q345-B;当结构由刚度(变形或稳定)控制时，就选用Q235-B。这也不是绝对的，由于目前运输成本很高，钢材市场价格变化较大，所以设计师应结合当地的材料供应情况等综合比较后，再确定选择哪种材料最优。因为钢材还有等级之分，有的设计图中只注明Q235和Q345，不给出材料的相应等级，这是不正确的。不推荐使用质量等级为A的钢材，因为这种钢材不能保证冲击韧性和延性性能，Q235-A级钢材还不能保证焊接要求的含碳量限制。

3)结构布置中伸缩缝的设置。门式刚架的跨度和柱距主要根据工艺和建筑要求确定。结构布置主要是考虑温度区段的划分和支撑的布置。在这里要注意支撑的位置和形式应和工艺专业、管道专业等共同确定，以免影响建筑物的使用功能。考虑门式刚架房屋通常刚度不大，温度影响相对较小，一般纵向温度区段长度控制在300 m以内，横向温度区段长度控制在150 m以内。当建筑或工艺尺寸超过时，应该设置温度伸缩缝将其断开。温度伸缩缝有两种做法:一种是可通过设置双柱，另一种是通过檩条的可调节构造(如开椭圆孔等)来实现。

4)荷载取值及荷载估算。同一门式刚架结构对于不同的荷载取值计算结果变化很明显，取值过大，很不经济，用钢量就会增加，过小又不安全，荷载取值要符合实际情况，要做到荷载不漏项。一般当工程确定后，甲方在有的条件还未落实情况下就要求尽快拿出施工图，例如悬挂工艺管道布置和重量、吊顶形式、防火要求、屋顶通风设施，这些还未最后确定，就要求出基础图和刚架图，这就需要设计人员注意协调，向有经验的老同志请教，而不能心中无数盲目估算。

5)刚接柱脚和铰接柱脚的选取。门式刚架柱脚有刚接柱脚和铰接柱脚两种，其实这两种柱脚很明显的区别就是对侧移控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，吊车荷载是动力荷载，结构在吊车荷载作用下柱顶位移过大会造成吊车卡轨现象，影响吊车的正常使用。在这种情况下，把柱脚设计成刚接柱脚比较合理，增加厂房的刚度，使其位移不超过规范允许值。如果当地地质情况较差，柱脚如果考虑铰接，这样传至基础的内力仅为轴力和剪力，柱脚弯矩为0，有利于基础设计，可以减少基础造价。我们经常遇到的门式刚架，柱脚很多都设计成铰接，这样施工也比较简单。

6)设置柱脚抗剪键。不论是铰接柱脚还是刚接柱脚，刚架在水平荷载和竖向荷载作用下柱脚都会产生水平力，柱脚通过螺栓与基础连在一起。我国钢结构设计规范是不允许锚栓抗剪的，剪力是通过底板和基础顶面的摩擦力(摩擦系数取0．4)来传递的，若不满足要求则需设抗剪键。轻钢结构重量比较轻，摩擦系数为0．4时底板和混凝土之间产生的摩擦力很小，特别是在风吸力起控制作用时，柱底板与混凝土之间几乎不存在压应力，柱脚螺栓甚至还受拉，也就不存在所谓的摩擦力，按照钢结构设计规范，这时就需要设置抗剪件。但在工程实践中很少设抗剪键，也没有出现什么问题，锚栓实际上参与了抗剪。个人认为:对于比较重要的工业与民用建筑，且使用年限比较长的建筑物，设置抗剪件，确保安全可靠;对于临时的或不重要的建筑物，可考虑螺栓抗剪，这时螺栓同时受到拉力和剪力的共同作用，对于螺栓的应力不要用得太满。在设置抗剪件的过程中，会遇到这种情况，如果一个结构下部是混凝土结构，顶部需要大跨度设置门式刚架，在混凝土柱顶需设置抗剪件和抗剪坑，如果水平力比较大，相应的抗剪件和抗剪坑的尺寸也会比较大。在这种情况下为保证柱顶的锚固钢筋不被切断，可以不设抗剪件，而是在柱顶设置预埋件和预埋螺栓，待柱子安装完后，柱底板预埋件围焊，通过埋件锚爪的抗剪，将水平力传至下部结构。

7)柱间支撑的设置。门式刚架沿跨度方向的横向稳定性，是通过设计适当刚度的框架来抵抗所承受到的横向荷载而保证的。由于建筑物在长度方向的纵向结构刚度较弱，于是需要沿建筑物的纵向设置支撑以保证其纵向稳定性。支撑系统的主要目的是把施加在建筑物纵向上的风，起重机，地震等荷载从其作用点传到柱基础最后传到地基，支撑系统有斜交叉支撑，门架支撑等形式。有人认为外墙的檩条和彩板构成较大的纵向刚度，可以不设柱间支撑，这是不对的;还有人认为，在柱子之间砌筑砖砌体作为柱间支撑，这都是不对的。在建筑物每一个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置独立的空间稳定的支撑体系。