淺談輕鋼結構的特點，建筑設計及施工中常見問題

　　徐衛(wèi)新,明珉,趙金森

　　(南京中藝建筑設計院有限公司，210002，)

　　摘要：近幾年來,隨著技術的迅速發(fā)展和機械化程度的日益提高,輕型金屬板材及其配套的門式剛架等系列輕鋼結構已得到了較為廣泛的應用。本文針對輕鋼結構的特點，工業(yè)建筑設計，常見質量問題，和施工監(jiān)理技術等問題作了論述和探討，以提高對輕鋼結構的了解和應用。

　　關鍵詞：輕鋼結構;結構特點;建筑設計;質量控制

　　輕剛結構在我國已進入快速發(fā)展時期，已在工業(yè)建筑中得到廣泛的應用，輕鋼住宅已成為輕鋼結構應用的新領域和新的增長點，但與國外的發(fā)展水平相比，無論在建筑設計、結構設計，還是在制作安裝技術方面，都還存在一定的差距。以下針對輕鋼結構的特點和設計施工中的一些問題進行探討。

　　1.輕鋼結構的特點

　　所謂輕鋼結構通常是指由鋼材所構成的結構：冷彎薄壁型鋼結構;熱軋輕鋼結構;焊接或高頻焊接輕鋼結構;輕型鋼管結構;板壁較薄的焊接組合梁及焊接組合柱而構成的結構。

　　輕鋼結構的主要優(yōu)點是輕便、精確，成型方便、快速，便于工業(yè)化生產(chǎn)、運輸，施工和安裝均較方便，可大量使用非專業(yè)人員，工期短、造價低。用材上與通常熱軋型鋼截面相比，在同樣截面積下，薄壁型鋼截面具有較大的回轉半徑和慣性矩，用作受彎和受壓構件時，可提高構件的承載能力和剛度，可節(jié)約鋼材。輕鋼結構的最大優(yōu)點是所有構件均可以由工廠制作現(xiàn)場拼接安裝，比混凝土結構至少縮短一半工期。由于施工周期短，可以提前投入使用，提前獲取投資效益;因為建筑物本身的自重輕，可以節(jié)省基礎投資;由于采用了聚苯已烯泡沫夾心板或單板加保溫棉等措施后，使保溫、隔熱和隔章等效果良好。輕鋼結構屬于柔性結構、自重輕，因而能有效地降低地震響應及災害影響程度，極有利于抗震。

　　2.輕鋼結構的建筑設計

　　輕鋼結構是以熱軋輕型H型鋼、輕型焊接型鋼、冷彎薄壁型鋼等薄壁型材現(xiàn)場全裝配的輕型鋼結構體系,被廣泛應用于多種建筑領域。在工業(yè)建筑中,輕鋼結構有以下三種形式:排架結構、網(wǎng)架結構、剛架結構。排架和網(wǎng)架一般用在大跨度、高空間的建筑設計中,而對于單跨在9m～36m,高度在4.5m～9m之間的工業(yè)廠房,通常會選擇單跨或多跨門式剛架結構。門式剛架是沿建筑長向布置一榀一榀剛架的結構體系,其間距一般在6m～12m之間。剛架由鋼梁鋼柱組成,梁柱連接為剛接,柱與地面之間可為剛接或鉸接。建筑的橫向作用力由剛架承受,縱向作用力則由縱向支撐承擔。每隔一段距離,在兩榀剛架結構縱向整體穩(wěn)定性的必要構件。剛架之間還設有連系桿,連系桿僅承受沿桿方向傳遞的力,不承受豎向壓力。剛架、支撐、連系桿共同作用,形成了主要剛架結構體系。在滿足設計、施工規(guī)范的前提下,還應注意以下三點:1)重視對鋼柱的保護,做好柱腳處理,防止爛根現(xiàn)象,在車輛通道兩側的鋼柱,應考慮設置防撞保護;2)一旦鋼結構安裝完畢后,盡量減少在承重構件應力狀態(tài)下直接施焊,例如安裝管線吊件等,以防止因施焊而造成變形,影響建筑整體穩(wěn)定性;3)如果建筑中抽柱就要進行結構轉換,設置托梁,在計算凈空高度和管線匯總中需要重點考慮。

　　輕鋼結構作為普通鋼結構的衍生結構，其基本計算理論和后者基本相同。這里著重強調兩點：1)對厚度為17～40mm的Q235鋼的設計指標比現(xiàn)行GBJ17-88《鋼結構設計規(guī)范》中的規(guī)定值提高5Mpa，焊縫強度也作了相應調整;2)考慮了技術進步因素，將主要受力構件的壁厚調小了，即在現(xiàn)行GBJ18-97《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》中的主要受力構件的壁厚不小于2mm調整為不小1.5mm，框架梁柱構件不小于3mm。

　　輕鋼結構允許采用塑性設計，但僅適用于不直接承受動力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構件組成的單層和兩層框架結構。采用塑性設計的結構或構件，按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用荷載的設計值，考慮構件截面內塑性的發(fā)展及由此引起的內力重分布，用考慮P-△效應的塑性鉸理論或簡單的塑性鉸理論進行內力分析。按塑性設計時，鋼材和連接的強度設計值應按規(guī)程的有關條款規(guī)定的數(shù)值乘以折減系數(shù)0.9。塑性設計截面板件的寬厚比也應符合有關規(guī)定。

　　3.輕鋼結構施工中常見問題

　　3.1柱腳的制作安裝

　　1)預埋地腳螺栓與混凝土短柱邊距離過近。在預埋螺栓時,鋼柱側邊螺栓不能過于靠邊,應與柱邊留有足夠的距離。

　　2)往往容易遺忘抗剪槽的留設和抗剪件的設置。柱腳錨栓按承受拉力設計,計算時不考慮錨栓承受水平力。

　　3)柱腳底板與混凝土柱間空隙過小,使得灌漿料難以填入或填實。一般二次灌料空隙為50mm。

　　4)若工程地腳螺栓位置不準確,為了方便剛架吊裝就位,應該在現(xiàn)場對底板進行二次打孔。

　　3.2梁、柱連接與安裝

　　1)多跨門式剛架中柱按搖擺柱設計,而實際工程卻把中柱與斜梁焊死,致使實際構造與設計計算簡圖不符,造成工程事故。所以,安裝要嚴格按照設計圖紙施作;

　　2)翼緣板與加厚或加寬連接板對接焊縫時,未按要求做成傾斜度的過渡。

　　3)端板連接面制作粗燥,切割不平整,或與梁柱翼緣板焊接時控制不當,使端板翹曲變形,造成端板間接觸面不吻合,連接螺栓不得力,從而滿足不了該節(jié)點抗彎受拉、抗剪等結構性能。

　　4)拼接接頭時,翼緣板和腹板的接頭一定要按規(guī)定錯開，不要把拼接接頭放在同一截面上，以免造成工程隱患。

　　5)剛架梁柱構件受集中荷載處未設置對應的加勁肋,容易造成結構構件局部受壓失穩(wěn)。

　　6)連接高強螺栓不符合相關規(guī)定。高強螺栓擰緊分初擰、終擰,對大型節(jié)點還應增加復擰。擰緊應在同一天完成,切勿遺忘終擰。在結構安裝完成后,應對所有的連接螺栓逐一檢查,以防漏擰或松動。

　　7)必須按照設計要求的連接面抗滑移系數(shù)去處理高強螺栓在連接處構件接觸面，使得抗滑移系數(shù)滿足該節(jié)點處抗剪要求。

　　8)應設計有針對性的吊裝方案,吊裝剛架時,采用臨時措施保證剛架的側向穩(wěn)定,避免造成剛架安裝倒塌事故。

　　3.3檁條、支撐等構件的制作安裝

　　1)為了安裝方便,隨意增大、加長檁條或檁托板的螺栓孔徑。若檁條或檁托

　　板孔徑過大過長,隅撐就失去了應有的作用。

　　2)隅撐角鋼與鋼梁的腹板直接連接,當剛架受側向力時,使腹板在該處局部受到側向水平力作用,容易導致鋼梁局部側向失穩(wěn)。

　　3)有的工程采用電鍍檁條,造成工程尚未完工,檁條早已生銹。檁條宜用熱鍍鋅帶鋼壓制而成,且保證一定的鍍鋅量。加設計范圍以外的荷載。

　　4)取消將檁條和墻梁用鋼板支托的側向加勁肋,這將影響檁條的抗扭剛度和墻梁受力的可靠性。

　　5)設計檁條時,都會考慮屋面壓型鋼板與冷彎型鋼檁條牢固連接,可以阻止檁條側向失穩(wěn)并起到整體蒙皮作用。屋面板若未按要求設置,將固定式改為浮動式,會使檁條側向失穩(wěn)。

　　6)剛性系桿與風拉桿構成水平支撐體系,其設置高度在同一坡度方向應保持一致，從而保持剛架的整體穩(wěn)定性。

　　4.輕鋼結構的質量控制

　　4.1要切實做好鋼結構制作及安裝單位的評價與選擇工作

　　鋼結構工程的施工要經(jīng)過工廠制作和現(xiàn)場安裝兩個階段。應實地考察制作工廠、安裝現(xiàn)場和已建工程,收集、審核企業(yè)資質和有關證明文件,選擇合格的制作單位和安裝單位(包括分包單位)。

　　4.2嚴格審查承包單位提交的鋼結構制作工藝及安裝施工組織設計

　　施工組織設計是承包單位編制的指導工程施工全過程各項活動的重要綜合性技術文件,認真審查施工組織設計是監(jiān)理工作事前控制和主動控制的重要內容。應對施工組織設計嚴格審查,審批同意后才允許工程施工。

　　4.3要充分重視制作階段的監(jiān)理工作

　　要充分重視制作階段的監(jiān)理工作,要像其他類型工程的監(jiān)理工作一樣,切實搞好事前控制和事中控制,對各工序、各分項都要做到認真檢查、及時驗收。要避免那種放松工廠制作過程的監(jiān)理,僅靠構件完成后進場驗收的錯誤工作方法。

　　4.4安裝階段的監(jiān)理

　　應加強現(xiàn)場巡視檢查、平行檢驗和旁站監(jiān)督,尤其是在目前部分鋼結構施工單位素質偏低,施工仍欠規(guī)范的情況下,切實做好現(xiàn)場巡視和旁站,對于確保鋼結構工程的施工質量,更有現(xiàn)實意義。

　　4.5關于鋼結構工程的試驗檢測工作

　　鋼結構工程的制作及安裝施工的多項試驗檢測工作是一般土建工程所沒有的。監(jiān)理工程師必須堅持原則,態(tài)度明確,立場堅定,及時督促承包單位落實這些工作,這是確保鋼結構制作與安裝質量及施工進度的必要措施,也是國家現(xiàn)行鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范規(guī)定的“主控項目”。

　　4.6鋼結構工程的重要質量控制點

　　應該特別重視的主要質量控制點有：1)地腳螺栓的預埋;2)焊接工程質量控制;3)高強度螺栓連接工程;4)鋼結構吊裝工程;5)鋼結構除銹及涂裝工程;6)壓型金屬板工程;

　　結束語

　　多年來，中國經(jīng)濟保持著高速增長，國內住宅市場的增長勢頭持續(xù)強勁。國產(chǎn)鋼材性能與產(chǎn)量為鋼結構產(chǎn)業(yè)化提供了基本條件。在國家產(chǎn)業(yè)政策的推動下和房產(chǎn)商開發(fā)理念轉變的影響下，鋼結構已突破工業(yè)建筑和高層辦公樓的狹小范圍，成功地進入了龐大的住宅領域。輕鋼結構在建筑行業(yè)中的應用勢必越來越廣泛，新的機遇和挑戰(zhàn)已經(jīng)來臨，我們應該做好充分的準備。

　　參考文獻

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