轻钢门式刚架结构安装存在问题探讨

222007年3月第3期总166期INSTALLATIONMar.2007No.3TotalNo.166轻钢门式刚架结构安装存在问题探讨（中建八局工业设备安装有限责任公司，南京210046）苏宁摘要:根据广西天盛纸业轻钢门式刚架结构在结构安装过程中存在的问题予以简要的探讨，以保证结构在安装过程中的安全、稳定性。关键词:结构安装顺序;抗剪键;屋面檩条;柱上开洞中图分类号:TU392.5文献标识码:B文章编号:1002-3607（2007）03-0022-02工程有涂布车间、原料库、涂布成品库和综合仓库，总建筑面积达19500m2。四个单体为单跨最大跨度24m，全跨最大跨度48m的单层双跨轻钢门式刚架结构，其中涂布车间边柱和中柱都与屋架梁成刚接，柱脚为8孔刚接柱脚形式，屋面最大高度8.4m，其余三个单体钢柱为锲型柱与屋架梁刚接与基础铰接。涂布车间还包含吊车梁系统、气楼天窗架系统、夹层等。1轻钢门式刚架结构安装顺序由于钢构件并非一次性全部进入施工现场，所以在轻型门式刚架的钢构件吊装有明显的安装顺序错误，现场的吊装顺序是先吊装所有的柱子之后拼装屋架梁，然后吊装屋架梁安装成一榀门式刚架，在不加任何纵向支撑杆件的条件下，安装完成所有平面内的门式刚架。事实上这种安装顺序在结构上仅考虑了门式刚架平面内的稳定性而忽略了其平面外的稳定，虽然柱脚底板和基础为刚接形式，但地脚螺栓不承受剪力作用，屋架梁无可靠的纵向传力系统容易产生屋架梁平面外挠度过大和柱脚的位移，从而牵扯到钢柱平面外的压弯失稳。而正确的安装顺序应为，从山墙处安装第一榀门式刚架同时应及时安装抗风柱以抵抗纵向风荷载，在吊装完成靠山墙的第二榀门式刚架后应安装系杆（见图1中编号顺序，其中不考虑柱间支撑、屋面水平支撑、屋面和墙面檩条、隅撑的安装。考虑在安装过程中吊车的移动。系杆与屋架梁为铰接，图中未画出），这样相邻的两榀门式刚架间形成下两角为刚接，上两角为铰接的几何不变体系。所以，在安装完成相邻的两榀门式刚架后应及时地安装系杆，以保证结构的平面外稳定和可靠的结构纵向传力体系。在门式钢架轻型房屋钢结构技术规程中8.2.5条明确提到了构件的安装顺序，其中说明了最初安装的两榀刚架完毕后应将其间的檩条、支撑、隅撑全部装好并检查其铅垂度，然后以这两榀刚架为起点，向房屋另一端顺序安装。技术规程中给出一种更为安全稳定的安装顺序。如果系杆的强度足够，长细比满足要求，那么从结构上分析两榀刚架安装完后再安装系杆已经绝对能够满足两榀刚架间的几何不变体的稳定性要求，这样再在安装好系杆后安装两榀刚架间的所有檩条、支撑和隅撑，则结构的稳定性就大大地增强了。2抗剪键的设置抗剪键是在柱脚底板和混凝土间的摩擦力小于0.4的情况下设置的，大于0.4则认为摩擦力已足够抵抗水平纵向和横向的剪力作用，不必设置抗剪键。在钢结构设计规范第8.4.13条也说明柱脚锚栓不宜用以承受柱脚底部的水平剪力，此水平反力由底板与混凝土间的摩擦力（摩擦系数可取0.4）或设置抗剪键承受。采用公式的形式说明即为Vfb=0.4N≥V，Vfb是抗剪承载力。计算柱脚锚栓受拉承载力时，应采用螺纹处的有效截面面积。钢结构连接节点设计手册中所提到的柱脚底板抗剪键的设置也是根据规范要求来的，不详细阐述了。由于增加了抗剪键引起施工过程中很大不便，在制作抗图1结构安装顺序示意图23第3期No.3剪槽的过程中很容易碰触基础地梁钢筋，有时甚至接触到防雷接地系统。如果产生施工上的这种矛盾，抗剪键可以适当地进行部分切割，在轻型门式刚架的跨度比较大、剪力较小的情况下，可不必增设抗剪键，跨度小、剪力大的情况下计算结果小于0.4倍，水平剪力就必须设置。此外围护结构也是会影响水平剪力的，对于砌体或屋盖为实心板一般情况下，满足规范的要求可以不设置抗剪键，而彩板等冷弯薄壁围护一般不满足规范的要求就必须要设置抗剪键了。本工程采用了mm：100×100×6×8的H型钢深度为150mm的抗剪键，这种抗剪键所设的抗剪槽占用地梁的表面积和深度较大，极易影响施工，如果在地梁钢筋绑扎合理的情况下柱脚底板焊接L型等边角钢或圆钢管材料为好。在对钢柱的二次灌浆宜采用比基础混凝土高一标号的细石微膨胀混凝土，以提高密实性，从而增强柱脚底板与混凝土间的摩擦力。3屋面檩条取代系杆传递纵向水平力问题探讨针对钢结构在安装过程中由于系杆未能及时到场，而采用了屋面檩条取代系杆做为门式刚架纵向传力系统的问题。屋面檩条和墙面檩条往往连接于梁和柱的一侧翼缘，而梁和柱的两侧翼缘都可能因受压从而产生侧向失稳和侧向位移。由于实际中的受力机理较为复杂，檩条与屋架梁的连接已经可以传递水平纵向荷载，但屋面檩条与屋架梁的连接往往不同于系杆与屋架梁的连接。屋面檩条往往依靠焊接在屋架梁上翼缘上的檩托和屋架梁建立连接，而系杆和屋架梁的连接是通过焊接在屋架梁腹板上的钢板的形式来与屋架梁进行连接的，个人认为此钢板除可以连接系杆外，还可以做梁的横向加劲肋，以防止梁的下翼缘的局部失稳。连接的形式不同，结构受力和力对结构的影响是完全不同的。可以说屋面檩条起着有效平面外的支撑作用，但屋面檩条与屋架梁的连接往往使用普通螺栓数量少，檩条开孔较大，因此这类约束仅针对平面外位移而不能阻止截面向面外的扭转。在施工过程中屋面檩条充当系杆的使用是有条件的，关键是要考虑横向檩条间距和檩条在平面外的抗弯能力，这两点是相互关联的，檩间间距大时必须采用强度高、材料抗弯性能好的檩条，但是檩条的间距不能太大，因为檩条是屋面板和屋面保温材料的支撑点，屋面荷载大，同时檩条间距大，易产生材料的下挠，影响结构的使用。在檩条抗弯性能不好时，必须要安装拉条。拉条除了保证檩条在平面外的稳定性，也建立了很好的传力系统，纵向水平力和横向水平力可以由檩条通过拉条和斜拉条以及撑杆传递至最外侧靠近天沟处的檩条或屋脊和气楼天窗架下的最内侧处的檩条，再由这些边侧檩条传至屋架梁，通过屋架梁传递至钢柱，由钢柱将力传到基础，最后由基础将力扩散到地基中。针对屋面檩条与屋架梁的连接形式，梁上翼缘受压产生构件截面向面外扭转的问题，在施工中应及时做到安装隅撑来有效防止梁的上翼缘受压而产生的下翼缘扭转，因为在压力的作用下隅撑通常作为梁下翼缘的平面外支撑，从而能够有效地阻止构件截面发生平面外扭转。4门式刚架柱上开洞对结构的影响业主因检测钢材的质量在有吊车梁的车间钢柱高度1.5m处切割了50×600mm的矩形洞，共计四个成上下左右对称分布。对于开洞是否会影响柱子的问题，先来看一个锲型柱柱下铰接情况的弯矩图（见图2）从弯矩图中可以看出沿柱高1.5米处的弯矩已经非常小，到柱脚时弯矩为零，而弯矩主要集中在边柱的柱顶和屋架梁的中段，但锲型柱的设计已经进行了截面和材料的优化过程，所以在锲型柱上开洞是不安全的。从材料力学的角度分析柱杆件在下柱铰接，柱子材料均匀且截面为等截面时柱子的抵抗弯矩能力是相同的，而在结构力学中分析，锲型柱柱脚铰接弯矩变化趋势从柱顶到柱脚是逐渐降低的，到柱脚时弯矩为零，所以一根钢柱如果是等截面钢柱并且是柱脚铰接，那么在柱标高不是很高的情况下，柱子上开洞是不会太大影响到钢柱的抗弯能力的，对整体结构的影响也不会太大。钢结构设计规范在有吊车梁系统的结构中，柱子应采用等截面的设计形式，工程中的涂布车间正是有吊车梁系统，柱子为等截面且柱脚为8孔与基础刚接，这样柱子的弯矩图就大大不同了，刚接柱子在整段柱子中会产生一个弯矩反弯点（见图3）如何确定出这个反弯点至关重要，等截面柱下柱刚接情况不能随便定论柱上开洞安全还是不安全，必须验算开洞截面是否能抵抗结构在正常荷载组合作用下的弯矩。轻钢门式刚架结构安装存在问题探讨图2锲型柱下柱铰接弯矩图图3均布菏栽刚接柱脚弯矩图