浅谈钢结构设计施工的技术问题探讨

【摘要】目前国内应用最为广泛的轻型钢结构。在其迅猛发展的过程中,也陆续看到一些设计施工质量参差不齐的工程。如有的地方雪不大房子也有垮的, 漏水的更多, 有的骨架立起来摇摇晃晃, 没有支撑, 施工中擅自用钢筋混凝土柱代替钢柱等情况。本文对就钢结构设计及施工结合工作实际谈几点应注意的问题。

【关键词】钢结构；工程施工；结构设计

1 设计方面

1.1 钢材选用

钢材选用的原则是既使结构安全可靠地满足使用要求, 又尽量节约结构钢材和降低造价。主要依据结构类型及其重要性、荷载性质等[1]。用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板, 应采用现行国家标准 GB/ T 700 碳素结构钢规定的 Q235 钢和GB/ T 1591 低合金高强度结构钢规定的 Q345 钢。门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A 及以上等级的钢。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A 钢。

1.2 伸缩缝

300 m,横向温度区段不应大于150 m。当建筑尺寸超过时, 应设置温度伸缩缝。温度伸缩缝可通过设置双柱, 或设置次结构及檩条的可调节构造来实现。

1.3 控制屋脊垂度

框架斜梁的竖向挠度限值一般规定为 L / 180, 除验算坡面斜梁挠度外,是否还应验算跨中下垂度? 过去可能不包括屋脊点垂度。现在一般是将构件分段, 用等截面程序计算,每段都要计算水平和竖向位移, 不能大于允许值, 等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度, 刚度太小竖向变形就大。要求本来就小,脊点下垂后引起屋面漏水, 这是漏水的原因之一。

1.4 蒙皮效应

在垂直荷载作用下, 坡顶门式刚架的运动趋势是屋脊向下、屋檐向外变形。屋面板将与支撑檩条一起以深梁的形式来抵抗这一变形趋势。显然, 屋面板的抗剪切能力要远远大于其抗弯曲能力。所以, 蒙皮效应指的是蒙皮板由于其抗剪切刚度对于使板平面内产生变形的荷载的抵抗效应。对于坡顶门式刚架, 抵抗竖向荷载作用的蒙皮效应取决于屋面坡度, 坡度越大蒙皮效应越显著; 而抵抗水平荷载作用的蒙皮效应则随着坡度的减小而增加。由于蒙皮效应的机理和作用条件及效果十分复杂, 在实际工程设计中定量地应用蒙皮效应还有一定困难。所以, 现行设计规程没有明确给出利用蒙皮效应的条款, 所有设计计算公式都忽略了蒙皮效应, 只是规定在有充分依据的条件下可以考虑蒙皮效应。

1.5 摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓

高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧, 足以产生很大的摩擦力, 从而提高连接的整体性和刚度, 当受剪力时, 按照设计和受力要求的不同, 可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种。在抗剪设计时, 高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态, 也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形( 螺杆和孔壁之间始终保持原有的空隙量) , 被连接板件按弹性整体受力。高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力, 这时被连接板件之间发生相对滑移变形, 直到螺栓杆与孔壁接触, 此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力, 最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。

1.6 钢柱抗拔

轻钢结构基础除发生冲切、剪切破坏之外, 由于存在较大的水平力,对于固接柱脚, 还存在较大的弯矩作用,从而导致基础产生倾覆和滑移破坏, 另外, 在风荷载较大的情况下,特别对于一些敞开或半敞开的结构, 由于轻钢结构自重很轻, 有可能不足于抵抗风荷载产生的上拔力,导致基础上拔破坏。为防止这些破坏的发生, 最经济有效的方法是增加基础埋深, 即增加基础上覆土的厚度,但增加了土方开挖和回填工程量。另外对于轻钢结构基础,还须预埋锚栓(也称地脚螺栓) , 用于上部结构和基础的连接,若锚栓离混凝土基础边缘太近, 会产生基础劈裂破坏, 所以我国钢结构设计规范规定了锚栓离混凝土基础边缘的距离不得小于150 mm;若锚栓长度过短, 会使锚栓从基础中拔出, 导致破坏, 所以规范也规定了锚栓埋入长度。另外在设计柱间支撑时, 未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时, 只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载, 支撑传给柱脚的拉力很大, 而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施, 也很可能将柱子拔起。因此, 在风荷载较大的地区刚架柱受拉时, 在柱脚应考虑抗拔构造, 例如锚栓端部设锚板等。

1.7 柱脚设计

刚接或铰接柱脚关键取决于锚栓布置, 铰接柱脚一般采用两个锚栓,以保证其充分转动, 但有时考虑锚栓质量问题, 若一个锚栓质量不保证, 会对整个结构受力产生较大影响, 所以为安全起见,也可布置四个锚栓, 但锚栓尽量接近,以保证柱脚转动。刚接柱脚一般采用四个或四个以上锚栓连) , 可以认为柱脚不能转动,了解了刚接柱脚和铰接柱脚的有关构造, 保证计算模型应与构造相一致, 否则会造成工程事故, 这一点作为工程设计人员需特别注意。

2 施工方面

2.1 少设甚至不设柱间支撑

柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、 受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取 30 m~ 45 m;当有吊车时宜设在温度区段中部,或当温度区段较长时宜设在三分点处,且间距不宜大于 60 m。

2.2 端板合不上

端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严, 而腹板与端板间有夹角, 有的工程两块端板完全对不上, 合不起来。强行用螺栓拉在一起,仍留下很宽缝隙, 严重影响工程质量。

2.3 锚栓不铅直

框架柱柱脚底板水平度差, 锚栓不铅直, 柱子安装后不在一条直线上,东倒西歪, 使房屋外观很难看,这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平, 再用无收缩砂浆二次灌浆填实。

2.4 保温材吸水超重

有些房屋雪不大就垮了,究其原因,是屋面防水施工太差, 雪融化后水逐渐渗入, 为保温材所吸收。今年冬季落雪多次, 迁延时间较长。屋面的设计荷载很小时, 当吸水量达到一定程度, 超过了结构的承载能力,就要倒塌。

2.5 防火涂料选用

选用时宜优先选用薄涂型防火涂料, 选用厚涂型涂料时, 其外需做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型防火涂料。不得将饰面型防火涂料(适用于基材为可燃材料的木结构) 用于钢结构的的防火保护。承重钢梁构件采用厚涂型防火涂料时,其重要节点部位宜加厚处理。

参考文献:

[1]DBJ 08-68-97,轻型钢结构设计规程[ S] .

[2]王燕,徐永春.轻钢结构[M] .北京: 冶金工业出版社, 1997.