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门式刚架设计与施工中应注意的问题

2013-08-15

山西建筑 2013年3期
关键词:门式刚柱脚抗剪

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。

2 施工中应注意的问题

1)现场拼接位置不严。梁各段和梁与柱的连接,都是采用高强螺栓通过梁柱端板连接成整体的,所以对端板的加工和螺栓孔定位都很重要。现场有的端板加工不平或倾斜,用高强螺栓强行拉在一起,两端板之间还有空隙,严重影响了工程质量。要解决此问题应从加工制作到现场安装,都要严格把关,控制精度。

2)焊接要求。门式刚架板件都比较薄,对于薄板的下料应首选剪切方式避免采用火焰切割。施焊时,应选择合理的焊接顺序,减少钢结构中产生的焊接应力和焊接变形,同时还可采用预热、锤击和整体回火等方法达到同样目的。对角焊的焊脚尺寸不得小于 1.5t,t为较厚焊件厚度,也不宜大于较厚焊件厚度的1.2倍。

3)高强螺栓施工。高强螺栓孔应采用钻成孔,不能采用火焰切割,高强螺栓连接件表面采用喷砂处理(抗滑系数不低于0.35),采用螺栓连接的部位,在构件安装就位校正后,需将螺栓丝扣打毛或将螺栓与螺母焊牢,以防松动。

3 结语

以上所涉及的问题都是在工作中经常遇见的问题,并指出了应注意的地方,可能有不妥或错误的地方,愿和业内人士共同探讨,其目的就是把门式刚架结构设计得更合理,更安全。

[1]《钢结构设计手册》编委会.钢结构设计手册(上册)[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[M].北京:中国计划出版社,2003.

[3]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社,1998.

[4]CECS 102∶2002,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[5]汪一骏.轻型钢结构设计指南(实例与图集)[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[6]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].北京:中国计划出版社,2002.

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