轻型门式刚架设计与施工中易出现问题的关键环节分析

2021-11-26谢志新谢向丹朱耀伦

中国建筑金属结构 2021年4期

谢志新谢向丹朱耀伦

轻型门式刚架在具体应用期间如果遇到大风、降雨等恶劣天气时，一些工程由于结构中采用的截面不合理，可能会发生坍塌问题。为了提高轻型门式刚架性能，提高其在后期应用的稳定性，要加强对轻型门式刚架设计与施工内容的探讨。

1.轻型门式刚架设计方面内容探讨

1.1 控制屋脊垂度

刚架斜梁竖向挠度限制通常规定为1/180，在具体设计时，不仅要对坡面挠度进行运算，而且还要对跨中下垂度情况进行验算，包括屋脊垂度，确保垂度合理，达到标准要求。通常来说，要对采用构件分段，通过计算机程序完成相应计算工作，保证水平位移和竖向位移始终处于最大允许值范围之内，验算跨中垂度。跨中垂度能够直接反映建设屋面在竖向上的实际刚度，若刚度过小，则竖向会发生较大变形[1]。脊点如果发生下垂问题，则会导致屋面发生漏水问题。刚架与山墙间屋面会存在一定斜坡，这会是屋面出现较为严重变形，若钢架受外界因素影响，在侧向上发生了移动，若一定之后，山尖对坡度造成严重影响，必须及时验算山尖垂度，进而实现对屋面具体刚度的全面控制。

1.2 竖墙梁和横梁的计算

1.2.1 竖墙梁计算

在不考虑墙板自重由墙梁承担的情况下，竖墙梁、横墙梁都承担墙梁自重和风荷载，对竖墙梁而言，墙梁自重只引起轴向力，不会引起弯矩；风荷载引起墙梁在腹板平面内的弯矩，竖墙梁是单向受弯构件。对横墙梁而言，墙梁自重引起墙梁在腹板平面外的弯矩，风荷载引起墙梁在腹板平面内的弯矩，横墙梁是双向受弯构件[2]。

现有软件只能计算横墙梁，不能计算竖墙梁，应对的办法是将竖墙梁当作横墙梁来计算，也就是把单向受弯构件当作双向受弯构件来计算[3]。试算结果证明，墙梁自重引起的在腹板平面外的弯矩影响不可忽略，为了将这一影响降到最低，计算时可按有拉条来计算。拉条可以当作墙梁的竖向支撑点，在竖向平面内墙梁是多跨连续梁，竖向平面内的弯矩峰值大大减小。

1.2.2 横墙梁的计算

横墙梁是主墙梁，风荷载通过竖墙梁以集中力的形式作用于横墙梁，这些集中力的作用点间距较小，为简化计算，将这些集中力按均布荷载考虑，误差不大。

在竖向平面内，竖向墙梁可以当作横墙梁在竖向平面的支撑点，也就是横墙梁在竖向平面内是多跨连续梁，因此在计算横墙梁时，也可按有拉条计算，用拉条模拟竖墙梁提供的支座。

1.3 檩条计算

檩条计算是一项复杂工作，在具体设计期间，仅依靠软件进行设计是行不通的，设计人员还要对以往经验进行总结与判断，对于软件考虑不到的问题，设计人员要主动考虑[5]。此外，要在继续宁刚架分析期间，采用全截面，若强度计算不采用净截面，具体应力值要高于计算值。

1.4 采用砼柱取代钢柱

少数门式刚架采用钢斜梁和钢筋混凝土柱共同构成，对于结构中斜梁利用竖放式端板与砼柱中预埋螺栓进行连接，在整个结构中形成钢接，这样做到的目的是降低造价，减少钢材应用量，提高工程建设经济效益。目前，许多厂房都由很多钢桁架和砼柱构成，针对该现象，要利用铰接方式连接梁柱，不得采用钢接，避免影响结构稳定性，降低工程质量。混凝土作为一种脆性材料，通过对混凝土构件中的配筋进行应用，可以承受一定弯矩和受剪力，但外力会对连接部位造成影响，容易松动，甚至会遭受破坏[4]。一些门式刚架设计结束后，由于业主需求发生了变化，会采用砼柱取代钢柱，而梁截面并不会改变。需要相关人员注意的是，采用钢梁和砼柱相互制作成排架是可行的，但是，直接将钢柱换成砼柱是不可行的。因为结构采用的连接方式不同，因此，构件内力也存在一定差异，在设计时，要提高对该项内容的重视，确保最终设计的合理性。

2.轻型门式刚架施工探讨

2.1 柱子施工问题

一些刚架在使用期间，在大风天气下柱子会被连根拔起，这也是工程在长期使用过程中十分常见的一种故障。导致该项问题的原因并非人们计算钢架时出现了各种不同类型的错误，而是工作人员在设计柱间支撑时，为准确考虑支撑传给柱脚的实际拉力。尤其是房屋纵向尺度较小，在房屋中并未设置大量柱间支撑，对房屋中的支撑进行应用，可以抵御纵向风荷载，同时，支撑在应用时，其发挥出相应作用，能够将较大压力传给脚柱，而实际施工中，若未采用合理措施对柱脚进行抗拔预防，当纵向风力较大时，可能会导致结构中的刚架受到较大拉力，导致结构中的柱子被拔起[6]。由此可见，在具体施工期间，如果工程所在区域的风荷载较大，为了避免柱子被较大风荷载影响，对于柱脚施工时，要充分考虑抗拔构造，其中常用的措施为在锚栓端部设置锚板，提高工程抵抗纵向风荷载能力，避免柱子被拔起。

2.2 柱间支撑问题

一些轻型门式刚架工程在设计时没有柱间支撑，这种情况较为常见，这种做法看似降低了工程施工工作量，减少了材料施工量，但是从实际情况来看，会降低工程整体质量。从目前情况来看，没有任何规范允许不设支撑，尤其是中柱列柱间支撑，其需要承受的力较大，不得以任何理由将其省略。

2.3 端板施工问题

端板是轻型门式刚架连接结构的一项重要部位。在具体施工期间，受加工不严影响，同时，腹板与端板之间存在夹角，一些工程两块端板会出现完全对不上的现象，无法合成，如果利用螺栓强行将两者拧在一起，最终将会存在一个很大宽度的缝隙，这会对最终工程质量造成严重影响，无法满足应用需求。

2.4 保温材料吸水出现超重问题

一些工程承重性较差，没有多大的积水和积雪就发生了坍塌事故，针对这一问题进行分析可以发现，主要原因是屋面防水施工作业太差，水会逐渐渗透，水会被建筑工程中保温材料吸收[7]。当发生持续降雨或者降雪量较大时，保温材料吸水量过大，导致保温材料重量不断加大，如果屋面设计荷载小，当保温材料吸水量达到一定数值后，载重超出了结构的承载时，将发生坍塌事故，因此，在施工时，要提高屋面防水的施工质量，确保保温材料不会因吸水而增加自重。

2.5 保温材料安装问题

轻型门式刚架工程中采用的保温材料通常都为玻璃棉，具体施工厚度要依据热工计算进行确定。在实际施工期间，正规做法是利用背面带铝箔隔汽层玻璃棉，在施工时，要先对采用的材料性能进行检查，确保其符合要求后，再开展施工。采用铝箔不仅是为美观，而且可以作为隔热汽层。悬挂时的拉力让钢丝网或玻璃纤维承担。从目前施工情况来看，一些工程中采用的玻璃棉没有用任何隔汽层。此外，采用内层钢板吊顶，施工人员为了降低施工难度，没有将工程中保温卷材压在檩条上，而直接将保温材剪断，将其放在檩条空隙中，这会产生冷桥，对其保温性能造成不良影响。某工程在施工时采用了上述方式进行处理，同时，弄反了下层钢板搭接方向，同时，在冬季混凝土地坪施工期间，关闭了门窗，室内外温差大，这也就导致屋顶聚积了大量水汽，这会出现屋外不下雨屋内下雨的情况，导致工程延期竣工。保温卷材被水长期浸泡影响，保温棉会被压实，破坏其保温性能，可见，科学安装对于确保工程质量达到要求标准意义重大。