门式刚架设计施工中的一些问题.doc

门式刚架设计施工中的一些问题 前 言 去年11月，我国年钢产量达到创记录的2亿吨。在钢产量、钢材用量和钢材进口数量方面，都位居世界第一。据报导，到2005年我国钢产量将达到3亿吨。去年，国家标准钢结构设计规范和冷弯薄壁型钢结构技术规范以及协会标准门式刚架轻型房屋钢结构技术规程新版相继问世。有关部门和地区对这三本标准组织了一系列培训班和宣贯会，其数量之多，声势之大，也创近年之最。去年，我国建筑钢结构在大跨度、多高层、住宅钢结构、门式刚架轻钢房屋等方面，都取得很大进展，创造了很多新的业绩，达到了我国钢结构发展的新高峰。其中，门式刚架轻钢房屋继续保持强劲发展势头。今年，又有一批新企业申报并获得了轻钢设计资质，其中，绝大多数都申报并获得了“单层刚架”的设计资质。根据个人接触到的情况，今年不但钢结构企业重视，综合设计院也开始重视轻钢，过去勘察设计协会较少关注轻钢房屋，今年由省勘察设计协会出面组织这类活动的不少，在这方面可以说有很大变化。有的地区过去门式刚架发展较慢，现在明显加快，例如，辽宁、福建、安徽等省。另一方面，由于一些过去从事幕墙的公司和建筑装饰公司，现在也取得了门式刚架设计资质，但有些单位在人员技术素质和工程经验上还存在一定差距；近年钢材涨价，使得不少地方采用钢筋混凝土柱的排架结构明显增多；去年，建设部组织编制了建筑工程设计技术措施，由于有些问题上的写法与该规程不尽一致，另外，还有一些出版物上的写法也与规程不一致，使设计人员无所适从。由于上述原因，出现了一些认识上的问题。这里，我想根据在培训班上了解的情况，就当前门式刚架设计施工中的一些问题，谈一点个人的看法。 1.在设计、审图和在监理工作中应执行CECS102：2002的规定 其它出版物提出的一些不同的设计规定、方法或技术措施，大多是在现行规程公布以前编制的，该规程是在技术归口单位的主持下，在广泛征求意见的基础上由有关单位的专家组成的审查组进行审查，由中国工程建设标准化协会批准的，应作为设计施工依据。但我们也尊重工程经验，例如，有人认为采用砌体墙时柱顶位移限值太大，有人认为抗震构造措施考虑不够完善等，设计人员在上述问题上，当有充分依据时，可以提出自己见解，发挥主观能动性。 2.风荷载不应采角荷载规范GB50009的规定，或GB50009和MBMA两套风荷载规定混用 目前，有个别出版物，由于不了解情况，在设计门式刚架轻钢房屋时全部采用了GB50009的规定；有的两套风荷载规定混用，例如，门式刚架用GB50009的，围护结构用MBMA的。应当指出，采用MBMA规定是得到荷载规范组认可和支持的，不存在不执行国家标准问题。由于两套规定分别适用于18米以上的和18米以下的房屋。在风荷载分布上相差较大，错用或混用都将影响结构的安全，美国荷载规范就对禁止两套规定混用有明确规定。鉴于目前在认识上并未完全取得一致，有必要加以强调，希望在设计中能得到切实执行。 最近有设计人员问，为什么檩条的受风面积小于10平方米的，体形系数作了补充规定，而墙梁的受风面积小于10平方米时，没有作出补充规定。看来，部分设计人员对MBMA风荷载规定的特点了解还不充分。它与荷载规范的风荷载规定相比，水平力减小，而竖向负压增大，特别是屋面边缘带和角部风压增大较多。因此，对规程还有进一步掌握的必要，否则就很难弄清楚为什么必需用MBMA的风荷载规定。 3.屋面应采用压型钢板和夹芯板，不宜采用太空板、石棉板和卷材屋面 门式刚架轻钢房屋的设计特点之一，是考虑了蒙皮效应的存在，而蒙皮效应只有用金属面板时才能考虑，以往的研究都是以金属面板与构架的连接为前提的。太空板类似大型屋面板，自重轻于后者，是一种性能很好的板材，但不能与钢面板同等对待，不能简单套用CECS 102的规定。至于石棉板和卷材屋面，现在已经很少用了。虽然重量不大，但在连接、防水以及与隔热材料配合使用等方面，还存在一些问题，也难以产生蒙皮效应，故不宜在门式刚架轻型房屋钢结构中使用。 4.钢梁与砼柱不宜刚接 现在不少地方采用混凝土柱和钢梁组成的排架。有的设计人员希望将钢梁与混凝土柱刚接，以进一步节省钢材，降低造价。山东某厂，将门式刚架标准图中的钢柱换成混凝土柱，又不作任何验算，导致在一场小雪后，斜梁折断。这个事故很典型，暴露了有些小厂，虽然取得了设计资质，但技术人员水平实在不高，缺少结构力学的基本知识，将端部受负弯矩的刚架梁用于简支梁。还有的单位将钢门架连在混凝土柱上，希望作成刚接，与上面的例子有类似之处。轻钢设计资质虽然把排架列为其中的一项，但是并不提倡推广。它不是环保型的，不是先进技术。这种结构在我国门式刚架发展初期应用较多，现在有条件的地方已经不用了，设计人员应建议业主采用门式刚架。当必需采用时，钢梁与砼柱的连接，宜作成铰接，因为砼是脆性材料，一般不易做到理想的刚接。一旦连接松动，将使钢梁受到比设计内力大得多的弯矩，就可能出现安全问题。此外，要强调进行整体分析，才能保证结构安全，因为斜梁是有坡度有推力的。 5.采用砌体外墙应注意的问题 现在砌体外墙应用增多，对此，规程未作具体规定，想提几点建议供参考。 (1)采用砌体外墙时，柱顶位移角限值1/100可能太大，金属建筑系统设计与规范一书建议取1/240，可以参考采用。 (2）砌体外墙的厚度应当有一定要求，一般不宜小于24墙。 (3)为了保持墙体的稳定，应设置圈梁和构造柱加强。必要时，墙体内应设置纵横配筋，以保证墙的整体性。 (4）抗震规范规定墙应贴砌，在构造上与框架柱保持柔性连接，使地震作用不致传给框架。在抗震要求较高的地区和房屋，对此应特别注意。连接埋件不能太强，可用薄钢片或细钢筋，沿柱高以半米左右间距布置，允许墙与柱之间在房屋纵向产生相对变形时，不至传递很大荷载。当采用预制墙板时，宜采用活动连接，可通过预埋件将墙板悬挂在墙架梁上，墙板与钢构件间宜保留5cm左右的间隙。 6.对于门刚架抗震设计的两点看法 门式刚架的抗震设计与多高层建筑不同。在多高层建筑中，层间位移对结构起控制作用，当风荷载相对较小而地震作用相对较大时，地震作用将起控制作用。门式刚架的特点，是结构自重较轻而且是低矮型的，地震作用可能对结构起控制作用也可能不控制，不能一概而论，要通过具体分析确定。当地震不控制时，板件宽厚比可按通常设计时的规定采用，当地震控制时，才需要考虑适当减小。关于连接的抗震设计，因为门式刚架采用端板连接，不是多高层建筑结构采用的那种梁柱刚性连接，端板连接是一种半刚性连接，设计合理的连接在弹性阶段可以视为刚性连接，但进入弹塑性阶段，由于连接的变形，将成为半刚性连接，国外文献指出它有较好的延性，此时不宜套用高钢规程中的抗震设计方法。 7.应正确理解蒙皮效应 规程规定，当房屋宽度大于60米时，内柱宜适当设置柱间支撑。这条规定是根据巴特勒公司的建议列入的。适当设置的意思是指不是每列内柱都设置，显然是考虑了蒙皮效应的存在。但是这个规定只适用于无吊车的单层房屋，而不能推广到各跨有吊车的多跨厂房，更不能推广到屋盖水平支撑。有人认为，既然有蒙皮效应，柱间支撑可以减少，屋盖支撑也可以减少，这个看法是没有依据的。相反，要想将屋盖支撑桁架承受的山墙风力由多道支撑分担，而不是由一道支撑承受，支撑桁架受压腹杆间的系杆应按压杆设计，否则力就传不过去。最近杭萧钢构公司开发了一个屋面支撑系统和连续檩条（墙梁）的计算软件，强调了屋面支撑节点间的系杆应为压杆，在钢结构委员会主持下已经通过专家鉴定，不久可能推向市场。它将给门式刚架这两部分的设计带来方便。 8.关于摇摆柱设置问题 摇摆柱有很多优点，但是也有一些弱点，就是它上下端铰接，不能提供侧向刚度，相反，它还要刚架柱提供侧向刚度才能发挥作用。因此，采用摇摆柱时，刚架柱的计算长度要增大，这在规程中有规定。摇摆柱的设置一定要使结构能满足侧向刚度要求，要有计算依据。根据设计经验，在多跨刚架中，摇摆柱不宜连续超过三根。另外，摇摆柱不宜用于支承托梁。托梁承受的竖向荷载较大，而摇摆柱的侧向刚度小，用它支承托架对结构的整体稳定性和刚度很不利。现在有些单位在设计中用它支撑托梁，这不符合规程规定。从构造上，摇摆柱上下端为了连接可靠，实际上并不是铰接，而是有相当的刚度。摇摆柱除受轴力外，还受到一定的弯应力，对这种次应力，设计时应考虑。在这方面可以参考支撑设计的规定，例如，乘内力增大系数1.5，可能是必要的。 9关于腹板横向加劲肋设置的规定 规程规定，梁腹板在与中柱连接处、在较大集中荷载作用处和翼缘转折处，应设置横向加劲肋。此外，还规定“当利用腹板屈后抗剪强度时，横向加劲肋间距宜取hw-2h”，也就是说，此时一般应设置横向加劲肋。后者与GB50017规定有所不同。因为根据GB50017，当“配置支承加劲肋不能满足V、M共同作用下的相关公式时，才应在腹板两侧成对配置中间加劲肋”，若能满足就不需配置。也就是说，CECS 102的规定更严一些，这主要是考虑门式刚架采用变截面构件，作了略有不同的规定，是根据执笔人的建议提出的。 10.关于刚架柱的平面外计算长度 规程6.1.4条规定，变截面柱平面外稳定应分段计算，当不能满足要求时，应设置侧向支承点（隅撑），并验算每段平面外的稳定。有读者问，平面外稳定验算，究竟是取交叉支撑连接点之间的距离，还是取隅撑间的距离。可以这样来理解，当刚架柱外侧有钢墙板时，其外侧翼缘的稳定性可以认为是有可靠保证的，此时，隅撑间的距离将决定柱的平面外计算长度。当刚架柱外侧没有钢墙板时（例如采用砌体墙），刚架柱平面外的长度虽然也可取隅撑间的距离，但取交叉支撑与柱连接点间的距离也许更明确些。 11.施工中一个值得注意的问题 门式刚架的安装有一定顺序，规程有明确规定，就是“先从靠近山墙的有柱间支撑的两榀刚架开始，在安装完毕后，应随即将其间的檩条、支撑、隅撑等全部装好，并检查其铅垂度。然后，以这两榀刚架为起点，向另一端顺序安装”。安装工作必需遵循这个顺序，因为单根构件或单榀刚架，在平面外的刚度是很弱的，而在安装过