門式剛架房屋鋼結構設計的論文
門式剛架房屋鋼結構設計的論文
摘要：自《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》（CECS102：98）公佈已來，此類工程發展很快，但也陸續聽到一些令人不安的情況。去年雨水較大，降雪較多，有些地方雪特別大，結構被壓壞恐怕很難避免，但有的地方雪不大房子也有垮的，漏水的更多。另外，也看到一些工程，有的框架樑太細，令人擔心，遇到大雪很可能出問題。有的骨架立起來搖搖晃晃，沒有支撐，說裝上牆板就好了，好象有了牆板就可以不要支撐。現在排架多起來。用鋼筋砼柱、輕鋼樑，造價較低，但有的嚴重不合規定。以下就輕鋼結構設計及施工談自己的幾點體會。
關鍵詞：門式剛架鋼結構
一、設計方面
1.屋面活荷載取值
框架荷載取0.3kN/m2已經沿用多年，但屋面結構，包括屋面板和檁條，其活荷載要提高到0.5kN/m2.《鋼結構設計規範》規定不上人屋面的活荷載為0.5kN/m2，但構件的荷載面積大於60m2的可乘折減係數0.6.門式剛架一般符合此條件，所以可用0.3kN/m2，與鋼結構設計規範保持一致。國外這類，要考慮0.15-0.5N/m2的附加荷載，而我們無此規定，遇到超載情況，就要出安全問題。設計時可適當提高至0.5kN/m2.現在有的框架樑太細，檁條太小，明顯有人為減少荷載情況，應特別注意，決不允許在有限的活荷載中“偷工減料”。
2.屋脊垂度要控制
框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規定為1/180，除驗算坡面斜梁撓度外，是否要驗算跨中下垂度？過去不明確，可能不包括屋脊點垂度。現在應該是計算的。一般是將構件分段，用等截面程式計算，每段都要計算水平和豎向位移，不能大於允許值，等於要驗算跨中垂度。跨中垂度反映屋面豎向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點下垂後引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由於屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山牆間的屋面出現斜坡，使屋面變形。本人有此想法，剛架側移後，當山尖下垂對坡度影響較大時（例如使坡度小於1/20），要驗算山尖垂度，以便對屋面剛度進行控制。
3.鋼柱換砼柱
少數設計的門式剛架，採用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節省鋼材和降低造價。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時樑柱只能鉸接，不能剛接。多高層建築中，鋼樑與牆的連線也是如此。因為混凝土是一種脆性材料，雖然構件可以透過配筋承受彎矩和剪力，但在連線部位，它的抗拉、抗衝切的效能很並，在外力作用下很容易鬆動和破壞。有些設計，在門式剛架設計好之後，又根據業主要求將鋼柱換成砼柱，而梁截面不變。應當指出，砼柱加鋼樑作成排架是可以的，但將剛架的鋼柱換成砼柱，而鋼樑不變，是不行的。由於連線不同，構件內力也不同，要的`工程斜梁很細，可能與此有關。
4.檁條計算不安全
檁條計算問題較大。檁要是冷彎薄壁構件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時要屈曲，強度計算應採用有效寬度，對原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在《冷彎薄壁型鋼構件技術規範》（GB50018－2002）中講的，有的設計人員恐怕還不瞭解，甚至有些設計軟體也未考慮。但是，設計光靠軟體不行，還要能判斷。軟體未考慮的，自己要考慮。再有，設計人員往往忽略強度計算要用淨斷面，忽略釘孔減弱。這種減弱，一般達到6-15%，對小截面窄翼緣的梁影響較大。剛架整體分析採用的是全截面，如果強度計算不用淨截面，實際應力將高於計算值。《規範》4.1.8、9條規定：“結構構件的受拉強度應按淨截面計算；受壓強度應按有效截面計算；穩定性應按有效截面計算。變形和各種穩定係數均可按毛截面計算”。有的單位看到國外資料中檁條很薄，也想用薄的。國外檁條普遍採用高強度低合金鋼，但我國低合金鋼Q345的衝壓效能不行，只有用Q235的。國外是按有效截面計算承載力的。如果用Q235的，又想用得薄，計算時還不考慮有效截面，荷載稍大時檁條就要垮。
二、施工方面
1.柱子拔出
有的剛架在大風時柱子被拔起，這是實際中常出現的事故。主要原因不是剛架計算失誤，而且設計柱間支撐時，未考慮支撐傳給柱腳的拉力。尤其是房屋縱向尺度較小時，只設置少量柱間支撐來抵抗縱向風荷載，支撐傳給柱腳的拉力很大，而柱腳又沒有采取可靠的抗拔措施，很可能將柱子拔起。，因此，在風荷載較大的地區剛架柱受拉時，在柱腳應考慮抗拔構造，例如錨栓端部設錨板等。
2.沒有柱間支撐
這種情況最近較多，這樣肯定不行。目前沒有任何一本規範允許不設支撐。特別是柱間支撐，受力較大，絕不能省略。
3.端板合不上
端板連線是結構的重要部位。由於加工要求不嚴，而腹板與端板間夾角又，有的工程兩塊端板完全對不上，合不起來。強行用螺栓拉在一起，仍留下很寬縫隙，嚴懲影響工程質量。
4.錨栓不鉛直
框架柱柱腳底板水平度差，錨栓不鉛直，柱子安裝後不在一條直線上，東倒西歪，使房屋外觀很難著，這種情況不少。錨栓安裝應堅持先將底板用下部調整螺栓調平，再用用無收縮砂漿二次灌漿填實。
5.保溫材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了，究其原因，是屋面防水施工太差，雪融化後水逐漸滲入，為保溫村所吸收。今年冬季落雪多次，遷延時間較長。屋面的設計荷載很小時，當吸水量達至一定程式，超過了結構的承載能力，就要倒塌。
6.保溫材料安裝混亂
保溫材料一般採用玻璃棉，其厚度根據熱功計算確定。正規做法是採用背面帶鋁箔隔汽層的玻璃棉，有的不用鋁箔，用牛皮紙，我不清楚牛皮紙是否可作隔汽層，如果可以，也比不用任何隔汽層好。防止冷凝水向室內滴水，是房屋的使用要求之一。有人以為鋁箔只是為了美觀，或承受拉力，實際上它的主要作用是作隔汽層。承受懸掛時的拉力還可以用玻璃纖維布或鋼絲網。現在看到有些工程，玻璃棉不用任何隔汽層。另外，當採用內層鋼板吊頂時，不是將保溫卷材壓在檁條上，而是為了施工方便，將保溫材剪斷，放在檁條之間的吊頂上，形成冷橋。某工程在這樣處理的同時，又將吊頂鋼板搭接方向弄反。加之，冬季混凝土地坪施工作業時，將周邊門窗關閉，由於室內外溫差大，大量水汽在屋頂凝集，由吊頂鋼板搭接處流下，形成了“外面不下里面下”的狀況，使工程不能交工。經驗告訴我們，當保溫卷材有隔汽層並保持接縫處密封時，卷材是乾燥的，無隔汽層時卷材是溼的。在水份的長期浸泡下，隨著時間的推移，保溫棉將被逐漸壓實，最終失去應有的保溫作用，因此安裝方法是否正確，關係很大。