门式钢架轻型房屋钢结构设计施工中常见问题探讨
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摘要:轻型门式钢架结构是目前国内应用和发展速度最快的新型结构形式,近年来在工业厂房及公共民用建筑中得到广泛应用，但是在施工操作中，经常会因为钢架结构本身和或者施工技术而出现困难。文中就门式钢架设计、施工中遇到的一些问题作探讨,希望通过本文论述能对工程技术人员有所帮助。
关键词:门式钢架 轻钢结构 特点 设计与施工
作为一种新型的建筑结构模式门式钢架轻钢结构，近年来在国内发展迅速,并在多个领域实现很好的应用。门式钢架轻钢结构是以门形钢架为结构受力载体,围护结构为薄壁C型或Z型钢檩条和彩色压型钢板的体系。本文通过对门式钢架轻钢结构厂房的工程实践,对该种结构的特点及设计与施工中应注意的问题作如下初步分析和探讨。
一、门式钢架轻钢结构的特点
（一） 用钢量少,自重量轻
门式钢架轻钢结构采用防水、围护一体化的轻质多功能新型屋面和墙体材料组成，大大减轻了结构本身的荷载重量。其承重构件普遍采用高强钢材,这样可以有效减轻结构自重。通常门式钢架轻钢结构的重量只有钢筋混凝土结构的1/8――1/10,是普通钢结构重量的1/2――1/3，充分体现了新材料的优势。
（二）适应性强, 设计符合美观、经济、实用的原则
相对于传统的钢架结构而言，门式钢架轻钢结构从跨度、柱距布置灵活,单跨、多跨等方面可随意组合。这些组合可应用于不同工艺、不同规模、不同用途的各类建筑中，表现出了极大的适应能力。钢架结构一方面外观新颖别致，可塑性极强，富有时代感；另一方面造价合理,投资见效快,综合经济效益好，空间使用率高，在各个建筑施工中基本都可以使用。
（三）钢架结构施工速度快、周期短
钢构件工厂化生产具有效率高，生产精度高，产品质量稳定的特点,在实际工地拼装中，施工简便迅速、施工工期短，例如一栋5000――10000 m2的单层工业厂房仅需3个月工期就可以完成钢架结构施工。
二、设计中应注意的问题
（一）严格荷载取值标准的规定
1钢架恒荷载
钢架自重一般都由软件自动集成,而屋面板、檩条、支撑等荷载按线荷载加到钢架梁上要施工餐位自己进行计算。根据设计经验,当屋面板厚度不大于6 mm时,屋面板、檩条、支撑重量建议采取如下取值范围:单层板时取0.15――0.20kN/M2,双层板时取0.20――0.25 kN/M2。
2钢架活荷载
(1)计算屋面板和檩条时,活荷载要采用0.5 kN/ M2。《门式钢架轻钢结构技术规程》(CECS 102:2002)中规定:不上人屋面的活荷载为0.5 kN/ M2,如果钢架的受荷载面积大于60 M2的可乘折减系数0.6。对于门式钢架而言，在计算钢架时一般可用0.3 kN/ M2。根据国外资料,门式轻钢结构,一般要考虑0.15――0.5 kN/ M2的附加荷载,而在我国现行的规范中无此规定,所以如遇到暴风雪等情况,就会出安全问题，因此在梁和檩条已较小的门式轻钢钢架中,禁止出现明显克扣活荷载的情况。
(2)钢架风荷载的设计,应根据当地基本气候条件和《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)的规定取值,但风荷载体型系数应按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102-2002)进行取值计算。如果风荷载体型系数仍然按《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)取值,风荷载标准值应乘以1.1的增大系数,否则风荷载标准值会小于后者的要求,在风荷载作用下进行施工的结构会存在安全隐患。
（二）优化设计,尽量减少用钢量
必须按照《门式钢架轻钢结构技术规程》(CECS 102:2002)进行设计计算,而不能沿用《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)进行门式钢架轻钢结构的设计计算。在门式钢架中,主钢架和檩条的用钢量占90%以上,在相同的荷载条件下,柱网布置对主钢架和檩条的用钢量影响很大。因此,需要在工艺技术达标的情况下选择经济用钢量的柱距和跨度。经多个统计分析表明,建议柱距采用6――8 m,跨度不宜大于36 m。檩条要选用薄壁宽肢的C型、Z型,而钢架一般采用H型截面。当荷载一定时,连续支承构件比简支构件的截面要小,因此在轻型门式钢架中屋面檩条和墙面檩梁均宜采用连续支承方式。实践证明，楔形构件和变截面构件上网使用，加上变化翼缘厚度和腹板厚度,可显著节省钢材。薄壁型钢规范是不考虑屋面蒙皮作用,从而造成计算结果很不经济。压型钢板屋面蒙皮作用对檩条上翼缘提供侧向支撑是不成问题的,但对檩条下翼缘失稳承载力的影响,对这类问题尚无计算方法可行,但是国内外的试验表明屋面蒙皮作用对檩条下翼缘扭转失稳的约束是非常明显的。另外设计中要注意版型的选取和包角屋脊的设计。
三、施工中应注意的质量问题
（一）钢架柱拔出环节
有的钢架遇大风时柱子会被拔起,这是工程中常见的事故。主要原因不是钢架计算失误,而是设计柱间支撑时未充分考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其在房屋纵向长度较短的情况下,若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又很大,而柱脚没有采取可靠的抗拔措施,那就很容易出现将柱子拔起的现象。因此,在风荷载较大的地区钢架柱受拉时,在柱脚应考虑抗拔构造,譬如说锚栓端部设锚板。
（二）厂房结构的安装环节
钢结构安装时尚未形成空间稳定体系,遇大风等情况时可能会出现钢架倒塌,因此钢结构安装必须按施工组织设计进行。首先从有柱间支撑、屋面支撑的两榀钢架开始,钢架安装完成后随再安装系杆、支撑,使结构形成空间稳定体系，最大限度的保证支撑能力。同时对安装过程的偏差应采取措施调整,不得强行就位,这样会导致结构、构件永久塑性变形。
（三）重视对端板合不拢问题的解决
端板连接部位是门式钢架结构的重要受力位置。可能会因为加工要求不严或者腹板与端板间有夹角偏差,而导致两块端板完全对不拢,表现为两块端板间出现缝隙,严重影响高强螺栓的受力,有时安装时强行用高强螺栓将两者拉在一起,但这样会留下缝隙,严重影响工程质量和工程安全。
(四）解决锚栓不垂直问题
由于钢架柱柱脚底板水平度差,导致地脚锚栓不垂直,柱子安装后不在一条水平直线上,参差不齐，使房屋外观缺乏美感。建议钢架安装时可以在柱脚底板下增加一个调平螺帽,先将柱脚底板调平后,最后再用无收缩砂浆二次灌浆填实，这样就可以有效解决锚栓不垂直问题。
（五）高强螺栓施工过程注意事项
高强螺栓应做预应力、抗滑移、抗扭等试验。施工中高强螺栓应自由穿入螺栓孔,螺栓孔如有不重合或有偏差应进行修整,禁止采用气割扩孔。连接摩擦面应保持干燥、整洁,不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、污垢出现。摩擦面不应涂装，但是有设计要求的除外。安装高强螺栓时应使用校正过扭矩值的扭力扳手进行拧紧操作,高强螺栓连接终拧后,其外露的丝扣要保证大于2扣。
（六）除锈和涂装过程关键点控制
涂装前表面除锈要均匀彻底,处理后的表面不得有焊渣、焊瘤、灰尘、油污、水、毛刺等。另外，除锈后应及时涂刷防锈底漆。刷漆时应保护柱脚二次浇灌混凝土。涂层厚度要均匀,与基层黏着要牢固,不允许出现起皮鼓泡现象。
（七）地脚锚栓施工和柱底抗剪件孔洞的预留
地脚锚栓不能精确预埋是土建施工中存在的常见问题,预埋锚栓位置的固定和浇筑混凝土过程中保持锚栓不变形、错位是操作难点。施工过程很容易引起锚栓倾斜导致钢架柱安装困难，锚栓下沉会导致锚栓螺纹段长度不足,如果用单螺母固定,就不满足规范及设计中双螺母的要求。因此施工时应采取措施保证锚栓位置精确。另外，施工时土建单位可能忽略抗剪件孔洞的预留,等到吊装钢架柱时才发现无预留洞,需要重新凿洞,直接影响工期进度和造价。所以施工时务必注意抗剪件孔洞的留设。
结束语
总之,在门式钢架轻钢结构的工程中,首先必须做好优化设计工作，然后合理布置，做到结构设计准确、细部处理周到。施工中要严格控制进场材料的质量,把好钢构件的加工制作关,控制好土建施工和钢构安装质量,关键部位实施旁站监理,保证创建优质工程.
参考文献
[1]CECS 102: 2002门式钢架轻钢结构技术规程[S]
[2]GB 50009-2001建筑结构荷载规范[S]
[3]GB 50017-2003钢结构设计规范[S]
[4]包头钢铁设计研究院.中国钢结构协会房屋建筑钢结构协会.钢结构设计与计算[M].机械工业出版社.2000.