门式刚架轻型钢结构设计及施工中一些问题和措施

门式刚架轻型钢结构设计及施工中一些问题和措施
摘要：本文根据本人实际工程经验，阐述门式刚架结构设计及施工中常出现的问题，针对类似问题提出改进措施及建议，以供大家参考。

关键词：门式刚架钢结构结构设计施工安装
0 引言
钢结构在我国已经发展几十年，尤其近十年日趋发展完善，门式刚架轻型房屋钢结构更是从理论、设计规程到加工、安装日益成熟。

近几年来门式刚架钢结构工程以其造价低，施工进度快深受人们的喜欢，厂房、车间如雨后春笋，遍地开花。

但随之在设计及施工环节也爆出一些问题，如钢梁变形过大、悬挑构件下挠严重、结构不稳等等。

针对此类常见问题，结合本人经验进行分析，提出建议及改进措施。

1. 设计中常出现的问题
1.1 门式刚架钢结构变形过大
1.1.1 恒荷载、活荷载取值偏小
门刚压型钢板屋面的恒荷载取值一般是靠经验和《建筑结构荷载规范》附录A确定的，通常单层板自重为0.08~0.14kN/m2，当有保温隔热要求时，采用的双层钢板中间夹保温层（超细玻璃纤维棉或岩棉等）或夹芯板亦不会超过0.4 kN/m2。

活荷载规定不上人屋面为0.5kN/m2，但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.，门式刚架一般符合此条件，所以可用0.3kN/m2。

有些钢厂设计人员为了一味减低含钢量、降低成本，荷载取值都采取极限最小值，甚至一些附加荷载也省略掉了，比如屋面的风机荷载。

活荷载要考虑当地雪荷载，积雪多的一般在常阴面、檐口、高低屋面、女儿墙遮挡范围内，因此计算此范围结构时要增加荷载，有些设计人员却按统一的均布荷载考虑。

积灰大的屋面更应同时考虑积灰荷载，忽略一方面都可能荷载取值与实际不符。

最后设计出的钢柱、钢梁偏小太细，安装完成后，在实际荷载下变形厉害，尤其冬天屋面积雪过厚后。

1.1.2 风荷载考虑不当
门式刚架的风荷载标准值采用公式Wk=βzμsμzw0确定，关于门式刚架风荷载系数μs取用，目前有两种。

一种是《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，一种是《建筑结构荷载规范》。

但按两种μs的取值，所算得的风荷载组合弯矩设计值相比，有较大的差异。

在基本风压相同情况下，对于柱子根据规范算的风荷载比规程算的大，对于钢梁规范算的风荷载比规程算的小。

也就是说，按规范计
算出的钢柱较安全，按规程计算出的钢梁较安全。

设计人员在刚架设计时如没有充分考虑，只利用一种体型系数，造成图纸中钢梁或钢柱在实际中偏小。

厂房在以后的使用中出现明显变形。

1.1.3 挠度、位移控制忽略
钢结构设计除满足强度要求外，还应考虑其刚度。

一些设计人员往往只注重结构强度，而对其刚度忽略了，造成结构或构件变形过大，从而影响了结构或构件的观感和正常使用。

设计上是用挠度和位移来控制构件变形的，规范中规定了挠度和位移的相应限值。

不同的构件类别是有不同的挠度和位移限值的。

例如：门式刚架斜梁，仅支承压型钢板屋面和冷弯型钢檩条取值L/180，尚有吊顶取值L/240，有悬挂吊取值L/400（L为构件计算长度，挠度取值采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》）。

如若不对构件挠度和位移进行控制，势必使构件变形过大，下挠厉害。

本人见过许多类似工程，虽强度满足要求，但钢梁下挠的程度实在使人用起来不舒服。

1.2 支撑系统不合理
1.2.1 系杆的设置不当
为了保证厂房的整体稳定性，增强其刚度，门式刚架屋面均设置系杆和横向支撑，并布置成封闭型。

系杆作为重要的支撑，起到了屋面纵向的整体性，使屋面的纵向力通过系杆传导到。

当屋盖横向支撑设置在端部第二开间时，设计人员往往忽视第一开间相应位置刚性系杆的设置，如图1所示。

系杆的缺失使得边跨刚架的山墙风载无处传导，边跨刚架与结构整体性也难以保证，给结构留下隐患。

1.2.2 水平支撑的问题
水平支撑属于横向支撑，用于传导横向水平力，其宜设在温度区间端部的第一或第二开间。

图1水平支撑就设在第二开间。

水平支撑一般采用张紧圆钢，但在有大型吊车和在8度以上抗震区内的厂房屋面还采用圆钢，就有些不妥了；这也是设计人员宜忽视的问题，应引起重视。

另一个问题就是水平支撑角度过小。

由于柱距小跨度大，导致设计人员把水撑设置的横向角度太小，即与刚架夹角小，无法更好的传导水平力，如图2所示。

钢结构的空间的整体性无法保证，在大的外力下容易出现事故，应引以为戒。

1.3 屋面檩条薄弱
檩条作为承担屋面荷载分散传给刚架是非常重要的。

由于檩条设计上的问题，许多工程出现屋面局部变形过大，出现缝隙、漏水现象，有的在冬季雪天局部垮塌。

设计中常犯的是：
一、檩条设计没采用檩条活荷载，而是用刚架活荷载，如一般轻型屋面活荷载规范采用0.3 kN/m2，而檩条采用0.5 kN/m2。

设计出的檩条过细。

二、檩条设计不考虑荷载分布不匀，局部不利情况，一律按均布荷载考虑。

檐口、高低屋面、女儿墙遮挡范围内、屋面阴面及角落在冬季很容易积雪，这些部位通常比其他部位承载的雪量多。

如果仍安装一般部位计算，势必造成檩条不堪重负，变形过大或断裂。

2 . 施工中的存在的问题
2.1 墙面隅撑取消
门式刚架一般墙面不设置隅撑，但当钢柱过高、柱距过大、有大吊车时设置隅撑。

此时隅撑能很好保证钢柱的平面外稳定性，使柱子更好的受力。

可是一些施工单位为了省事，甚至认为墙隅撑可有可无、无关紧要，擅自在安装时取消。

这样一来，柱子的承载力明显下降，平面外处于不稳定状态，在没达到其承载力的情况下就失稳。

结构不稳是最危险的，也是大家应该特别注意的。

2.2 悬挑梁施工不当
一般大的雨棚、悬挑走廊等部位都采用悬挑梁结构，其与钢柱采用刚性连接方式，形式为腹板高强螺栓连接、翼缘焊接。

在工程中属于重点部位。

施工中部分工人不清楚其重要性或不知道如何正确安装，在安装完成后出现梁端下挠严重，影响观感和使用。

2.3 钢楼梯踏步高低不一
钢楼梯第一踏步低，最后踏步高的问题，在工程中时常出现。

钢楼梯在详图转化过程中按照结构标高等分并加工，等安装完成后却出现踏步高低不一样，使用起来非常蹩脚。

相信大家也遇到过这种情况，很多土建工程中也不少，这是工程通病。

2.4 檩条、隅撑螺栓连接改焊接
工程图纸中檩条和隅撑连接一般都是采用M12的螺栓连接的，这也是设计及理论计算时考虑的形式。

但施工时却不按照螺栓连接的要求，而全改成焊接形式。

这种情况相当普遍，甚至工人们开始产生焊接理所当然，焊接比螺栓连接好的错误认识。

檩条、隅撑不应焊接的原因有三：
一、檩条、隅撑螺栓连接为铰接，构件为简支。

焊接使得连接变成刚接，在连接处出现弯矩，不仅受力不一样了，还容易出现隐患。

二、檩条为冷弯薄壁型钢，其材质和厚度都不宜焊接。

檩条厚度都非常
薄，一般介于2.0-3.0mm，一焊即穿；又由于其材质原因可焊性差。

这都将无法保证其可靠连接。

三、檩条和隅撑在风荷载的作用下长期处于频繁震动下，频繁震动达到疲劳极限焊接就开始裂缝，最终断开。

3 改进的措施及建议
3.1 确保门式刚架钢结构变形在规范内
3.1.1 针对荷载取值偏小建议
设计人员认真学习荷载规范，积极参加相关培训，多组织交流会，提高设计理论知识。

对于恒载取值要充分考虑各种荷载，不可丢落荷载，在确定好的荷载基础上适当增加些附加荷载，不能盲目降低含钢量。

活荷载要首先考虑其分布不匀，在檐口、阴面、女儿墙遮挡范围内增加荷载，或是统一按最大的荷载均匀布载。

3.1.2 风荷载系数μs取用的措施
在选用μs取值时，考虑柱高和梁跨两个重要参数，即刚架跨长L与柱高h的比值L/h。

当L/h>4、风荷载较大、屋面荷载较轻的门式刚架采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》较安全。

当L/h≤4时，采用《建筑荷载规范》偏安全。

如若想更合理设计，两种规范都进行计算，从而综合比较两者的弯矩组合设计值。

3.1.3 挠度、位移规范限值
在计算结构时除了强度满足要求外，一定要计算柱顶位移和钢梁挠度。

目前设计人员大多使用PKPM中的STS进行计算，其中的柱顶位移限值和钢梁挠度限值一定根据实际情况合理选用，不可一直采用默认值或是选用最小值。

3.2 支撑系统
3.2.1 系杆合理设置
系杆传导纵向力，必须保证其传导有序，布置合理。

图1左边第一开间系杆缺失，致使边跨刚架风载无法传导，刚架稳定性难以保证。

因此系杆缺失处必须补上系杆，如图1右边第一开间布置，只有这样第一跨刚架的水平力才能传导到第二榀，再通过第二开间系杆、水平支撑传给柱间支撑，最总传导到地面。

设计时一定注意结构中水平支撑、系杆、柱间支撑的空间合理布置，使得水平力更合理传导。

3.2.2 水平支撑布置
水平支撑的选用是根据水平力的大小计算得出，对于风载较大、地震水平力大、吊车水平力大的结构，不宜用圆钢等柔性支撑，可采用角钢、T钢、圆管等，规格一定要通过计算，不可盲目选用。

对于支撑夸度大的水平支撑，可采用增加系杆、缩短跨度。

方法有两种：第一在水撑支撑交叉点的位置增加一道系杆，系杆与交叉处的水撑相连，共同参加支撑工作，如图3左端水平支撑布置；第二是在跨中设系杆，系杆两边分别设置水平支撑，如图3右端水平布置。

3.3 增强局部檩条
檩条计算采用0.5KN/m2均布标准荷载，对于有吊挂荷载的必须把吊挂荷载一并考虑计算。

特殊部位檩条一定要单独进行计算。

在檐口等冬天积雪厚的地方，檩条的活荷载必须提高，可根据屋面积雪分布系数调整。

高低屋面的2倍高差范围内，其雪荷载要增加2倍。

3.4 墙面隅撑一个不能少
加强施工人员理论培训，强化其结构概念；施工时，严格按照相关规范和设计的要求施工；做好施工组织设计，严格施工现场管理；施工管理人员加强现场监督的力度。

3.5 悬挑梁问题改进建议
组织工人学习，提高工人们的素质，增强其对结构的认识；施工组织中要明确施工步骤及要领；悬挑梁制作时可适当起拱，抵消安装后的下挠；悬挑梁在安装时，在悬挑端加设临时支撑；悬挑梁在螺栓终拧焊接前对其垂直度及平直度进行校核。

3.6 钢楼梯踏步高低不一处理方式
楼梯以建筑尺寸放样，定好踏步的高度和宽度；确定楼梯顶和底的建筑和结构标高，顶部踏步高度减少建筑与结构标高的差值，底部踏步高度增加建筑与结构标高的差值，中间其它踏步均减去建筑与结构完成面的差值；加强监督和审核工作。

3.7 檩条、隅撑螺栓连接保证措施
加强详图人员对檩条和隅撑螺栓连接的认知，从源头杜绝；不断提高施工队的素质和规范施工步骤；加强施工管理人员和监理人员的责任意识，采取焊接的一律返工改正。

4 结语
由于钢结构行业的迅猛发展，设计、施工队伍的迅速壮大，设计、施工人员的素质也开始参差不齐。

但随着钢结构技术的日趋成熟，人们认识的逐步提高，研究人员的不断深入研究，设计人员水平的提高，生产实践人员经验的积累，各种学术会议的召开交流，钢结构设计及施工中存在的问题都会得到更好的解决和处理。

参考资料
1.轻型钢结构设计指南（实例与图集）.2005年8月第二版
2.建筑结构荷载规范.（GB5009-2001）2006年版
3.门式刚架设计的几个问题，五人岱、徐振山，2006全国钢结构学术年会论文集。