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门式刚架轻钢结构设计常见问题

2020-4-17

通过对门式刚架和多层框架等类型的钢结构房屋施工图审查,总结了钢结构设计中应注意的一些问题,如正确选用钢材质量等级和焊缝质量等级,合理设置隅撑、拉条...

关键词:门式刚架轻钢结构设计轻钢结构设计常见问题

摘要:通过对门式刚架和多层框架等类型的钢结构房屋施工图审查,总结了钢结构设计中应注意的一些问题,如正确选用钢材质量等级和焊缝质量等级,合理设置隅撑、拉条和独立的空间稳定支撑体系,以及钢框架结构采用混凝土楼板时的构造要求等,并对问题进行了分析和讨论。

关键词:钢结构房屋施工图审查结构设计常见问题

0引言

当前,门式刚架轻钢结构以及其自重轻,施工速度快和造价低廉诸多优点受到了广大建筑师、结构工程师的青睐,尤其在单层工业厂房方面得到了迅速推广,取得了优良的社会效益和经济效益。在实际工作中,笔者审查了一些轻钢结构设计图纸(包括单层与多层)。下面就轻钢房屋结构设计中常见的问题进行分析和研究,供广大设计人员参考。

1选择正确的钢材质量等级和焊缝质量等级

按照相关文件的要求,在钢结构的设计中,必须标明应该使用的钢材质量等级(还包括相应的焊接材料型号),并提出对焊缝的质量要求。在具体工程项目的审查中,有些工程在焊接钢结构材料的设计文件中,只注明材料采用Q235钢或Q345钢,却没有对钢材料的质量提出要求;有的工程项目对焊缝的质量不提出要求,还有部分项目提出的要求不科学不合理。

在建筑钢结构房屋时使用的钢材,必须具有国家关于钢材的相关指标的合格保证。在抗震设计中,当焊接钢结构的钢板厚度不小于40mm且承受沿板厚方向的拉力时,还要保证板厚方向截面收缩率符合相关规定要求的不低于Z15级。在地震多发地区,钢结构所使用的钢材,除了必须具备以上合格保证外,还须具有很强的冲击韧性能力。对冲击韧性的合格保证,要根据不同结构情况提出不同要求。为了达到钢结构有安全储备和高度的变形能力的目的,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)还对钢材的抗各项物理力学指标做出了详细而明确的规定,这些指标也必须写到设计文件中。

通常来说,大部分钢结构均采用Q235B及以上等级的碳素结构和Q345B及以上等级的低合金高强度结构钢作为受力构件。这两种钢材有较强的冲击韧性和较好的延性性能,能保证钢结构工程的稳定性。对于其他的没有质量保证的钢材是不能使用的,因为这种型号的钢材冲击韧性和延性性能达不到国家的标准要求,而且有些钢材还保证不了焊接需要的要求。

在现代钢结构中,钢结构连接的最基本方法是焊接连接,焊缝质量的高低直接关系到整个钢结构工程的安全,所以在钢结构的施工中一定要重视焊接质量。一般来说,在一些重要的焊接方位焊接处的焊接质量不能低于二级。而剩下的位置,一般都可以使用角焊接。因为角焊缝会产生严重的应力集中现象,很难进行内部探伤,这种焊接只能算是三级焊接,在某些关键部位的角焊缝,其外观缺陷可以让其达到二级焊接的要求。

2房屋的温度区段内应按规范规定设置独立的空间稳定支撑体系

下面以门式刚架设计为例,探讨支撑体系的错误设置问题:

2.1将屋面横向水平和柱间水平保持在同一个跨内,这样就能够形成一个独立的空间支撑体系,这样有很好的抗震效果污染而且施工难度低。

2.2当屋面横向水平支撑的位置设在端部第二开间时,就需要设置刚性纵向系杆,设置的位置要保证可以使山墙风荷可靠传递。

2.3合理安排屋面支撑应与山墙抗风柱的位置,使柱顶反力直接传到屋面横支撑节点上。

2.4屋面支撑和柱间支撑当采用柔性圆钢拉条时,有必要设置张紧装置,在荷载较大的时候,这些柔性圆钢拉条可以用型钢去代替,这个问题在很多项目都没能引起注意。

3实腹式门式刚架应按规范规定设置隅撑

隅撑的作用是防止钢梁受压翼缘失稳,相关文件规定,隅撑的布置习惯是隔一檩条一道,但因为制造和施工的原因,施工时很有可能装不上,所以钢梁端部应加布一道,但平面外计算长度还是两个檩条间距,还有,钢梁跨中由于风吸的因素,下翼缘也有可能受压,因此,隅撑应沿梁?布。隅撑虽体积小但其作用很大,它能够保证斜梁下翼缘的受压或刚架柱内侧翼缘受压稳定。但是,但很多工程并没有按照规定设置隅撑,或者设置的数量不足甚至不设置,这对整个钢结构的稳定性有很大的不良影响。当山墙抗风柱与刚架斜梁下翼缘连接时,连接处的斜梁下翼缘亦应设置隅撑。

4压型钢板轻型屋面的拉条的合理设置

针对檩体系的压型钢板轻型屋面,为了减少檩条在使用阶段和施工过程中的侧向变形和扭转,通常在檩条间要设置拉条(包括斜拉条和撑杆,以下同)作为檩条的侧向支点,达到保证檩条的侧向稳定。当檩条跨度大于4m时,应在檩条跨中设置一道拉条;当檩条跨距大于6m时,应在檩条跨度三分点处各设一道拉条。拉条按拉杆设计,当采用圆钢时直径不宜小于10mm。撑杆按压杆设计,多采用钢管或角钢制作。圆钢拉条通常设置在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。当风吸力作用下檩条下翼缘受压时,屋面板宜采用自攻螺钉直接与檩条连接,拉条则宜设在檩条下翼缘附近;当屋面采用扣合式钢板时,宜分别在距檩条上下翼缘1/3腹板高度范围内同时设置拉条。有的项目虽设拉条,但不设斜拉条撑杆;有的项目的拉条靠檐口的一端拉节点设在檩条上1/3范围内,靠屋脊的一端,拉节点设在檩条下1/3范围内。这些都是不正确的做法,会影响到整个钢结构的稳定性和安全性。

5抗震设计

关于抗震,钢结构房屋并没有抗震等级的划分,这一点是与混凝土房屋不同的。抗震设计时,钢结构房屋应根据设防烈度、结构类型和房屋高度等各项工程数据,根据当地的实际情况调整不同的钢结构建筑参数,对不同的实际情况采取不同的抗震措施,达到抗震性能强的目的。钢结构工程的抗震主要是根据设防的等级和房屋的高度,控制框架柱和支撑的长细比,控制梁、柱及支撑杆件板件的宽厚比,控制钢结构建设中的各项参数,还包括焊缝连接的质量要求和其他具体施工的要求等。某些项目对板件宽厚比和支撑长细比控制不当是施工图设置中存在的主要问题,只按《钢结构设计规范》(GB17—88)的要求去控制是不可以的,抗震设计时应按《抗震规范》第8章的要求控制。有的设计者并不清楚,规范GB17—88的构造规定不是适用于每一个城市设防的。有的框架结构房屋,梁柱刚性连接时,有的设计者未注意到《抗震规范》第8.3.6条(强制性条文)的要求:组合柱在梁翼缘上下各500mm的节点范围内,柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝,应采用坡口全熔透焊缝,不允许采用角焊缝。

6建筑结构防护

建筑钢结构的防护主要包括防腐蚀和防火及隔热。这两个问题有时常常被设计人员忽视,这两个问题是必须在设计文件中注明的。新修订的《钢结构设计规范》(GB50017—2002)(报批搞)把钢结构的防护列为强制性条文,要求在设计文件中必须注明钢结构的防护措施;柱脚在地面以下的部分要使用混凝土掩埋,受侵蚀作用的柱脚不能埋到地下;对于钢结构的防火措施,在文件中有明确的条文规定必须进行符合国家规定的各项防护措施。按规范要求对建筑钢结构防护,这样才能保证钢结构房屋的长期使用,发挥出其耐久性能,是广大设计者必须认识到的问题。还有需要补充的一点,对柱脚应进行抗剪验算(特别是有柱间支撑的柱脚),当抗剪不足时,应设置抗剪键。这也是设计者必须的注意的问题。