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門式剛架輕鋼結構若干安裝問題和解決辦法

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:52:35 [收藏]
陳友泉
    陳友泉

    [提要] 分析了門式剛架輕鋼結構安裝技術特點，對其結構的安裝安全、端板式連接問題、砼柱上兩鉸直線拱的特殊安裝要點、屋面板系統(tǒng)的安裝特點和防滲漏等問題進行了探討并提出了實用性的解決辦法，可供技術人員參考。
    [關鍵詞] 風纜繩 楔片 高強螺栓連接 壓型鋼板 包邊板
    Abstract: The technical characteristic of portal frame has been analyzed.
    The erection safety of structures , problem of flange joints,
    erection requirement of two pinned straight arch on concrete column,
    erection property of roof system and seepage problem have been
    researched and the practical resolution has been put forwarded as
    a reference for technicians.
    Keyword: wind rope; sloping wedge; high-strength bolts in connections;
    profiled steel sheet; trim

    一、前言
    門式剛架輕鋼結構近十幾年的發(fā)展以其成熟的技術已形成了特定結構型式，這類結構特別適用于大跨度的單層工業(yè)與民用建筑，在安裝工地現(xiàn)場擯棄了傳統(tǒng)鋼結構現(xiàn)場大量焊接的做法，采用預制構件現(xiàn)場螺栓連接，或自攻釘、抽芯拉鉚釘連接方法，不用搭腳手架即可完成整個建筑的安裝工作。簡單方便的安裝方式，施工周期快速，綜合造價低廉等優(yōu)勢使得門式剛架輕鋼結構得到極為廣泛的應用。然而門式剛架輕鋼結構既有其自身長處，也有其自身短處，正確地理解、熟悉這類結構技術的特點，在安裝工作中顯得極為重要。由于受傳統(tǒng)鋼結構建造方式的影響，在輕鋼結構安裝中存在不少不合理乃至錯誤的安裝方式，或造成工程質(zhì)量隱患，或造成工程費用浪費，這其中當然有不少管理方面原因和工人的個人技術素質(zhì)原因，本文著重討論施工技術方面的一些問題及其解決辦法。
    二、輕鋼結構安裝中的倒塌事故分析
    很多的鋼構公司，包括外資企業(yè)都有過輕鋼結構在安裝時風吹倒剛架的事故，這種事故都是發(fā)生在安裝支撐系統(tǒng)之前。事故發(fā)生后，柱、梁和檁條損壞，需重做，但一般不會有人身傷亡發(fā)生，其原因在于鋼構安裝時靠地腳錨栓固定，柔性很好，被風吹倒時是拉壞了地腳錨栓而慢慢倒下，不會突然傾覆，柱與梁空間間隔大，現(xiàn)場人員容易躲避。
    為使設計經(jīng)濟，門式剛架大多設計成柱底簡單地由4個錨栓連接的鉸接構造型式，在剛開始安裝時，僅有孤立的柱和梁，或用檁條將各剛架簡單串連起來，各種支撐還沒有安裝，此時的剛架沒有形成穩(wěn)定的空間體系，在剛架平面外方向非常軟弱不穩(wěn)定，只要有不大的風，就可以對柱底4個錨栓構成極大的危脅，此時高空的屋面梁在風荷載作用下產(chǎn)生的傾覆力矩對于柱子下面的4個錨栓就類似于有杠桿撥鐵釘那樣的效果，設計的4個錨栓不可能強大到能抵抗住這種杠桿撬力矩。因此在安裝屋面橫向水平支撐和柱間支撐之前，必須設置臨時風纜繩才能保證安全。但如果風纜繩設置不當，也有可能會出現(xiàn)倒塌事故，下面是一個實際發(fā)生倒塌的工程實例：
    剛架跨度30m，柱距6m，檐高10m，如圖1所示，在安裝好3榀剛架之后，沒有安裝屋面橫向水平支撐和柱間支撐，拉了臨時風纜繩，施工人員為了圖方便，直接利用鄰近的柱基礎固定風纜繩，致使風纜繩于屋蓋梁成一角度很小的斜交，在風荷載作用下，盡管斜拉風纜繩引起的屋蓋梁的附加軸向應力很小，估計不到6N/mm2，但由于屋蓋梁繞弱軸的長細比已高達λy＝445，相對應的穩(wěn)定折減系數(shù)φ＝0.028，穩(wěn)定應力則高達200N/ mm2以上，再加上風荷載對屋蓋梁產(chǎn)生的側向彎曲應力，足以使屋蓋梁出現(xiàn)側向彎扭整體失穩(wěn)。如果是與屋蓋梁垂直方向拉風纜繩或?qū)ΨQ地斜拉風纜繩，則無此附加壓應力，也就不會失穩(wěn)。

    另一個工程實例是由于砼基礎頂面標高沒有到位，致使錨栓外露過長，而安裝時柱底面是支承在錨栓的調(diào)節(jié)螺母上，在柱底灌漿填料之前，由于錨栓失穩(wěn)而出事故。對此問題應在柱底板四角加焊臨時支承小角鋼，見圖2所示，由此小角鋼直接支承剛架則無失穩(wěn)問題。
    三、加楔片調(diào)整屋蓋梁平直度
    門式剛架輕鋼結構的梁—柱連接、梁—梁連接均采用端板式高強螺栓連接，由于制作焊接變形的影響，端板的傾斜度會有一定偏差，按照《門式剛架輕型房屋鋼構件》JG144-2002的檢驗標準[1]，端板傾斜度允許偏差是H/300，根據(jù)相似三角形原理可知，由此引起的屋蓋梁下?lián)隙仁荓/300，對于屋蓋梁來說，具有可觀的折彎現(xiàn)象，解決此問題最佳的辦法就是加楔片處理，見圖3所示，有

    的施工隊用火焰矯正來處理，存在工程隱患，一是火焰烘烤，使高強螺栓預拉力有所喪失，節(jié)點剛度減少，會加劇屋蓋梁在外力作用下的撓度；二是殘余應力很大，對結構不利，用楔片處理則無此兩個問題。端板式高強螺栓連接的受力模式主要是靠高強螺栓受拉來實現(xiàn)，用加楔片調(diào)整屋蓋梁不會有后遺癥[2]。
    四、高強螺栓連接
    門式剛架輕鋼結構通常采用端板式連接，這種連接最為簡單方便，但從嚴格意義上講，這種連接不是全剛性連接，根據(jù)文獻[3]介紹，對于一根簡支梁，在跨中采用一個端板式連接節(jié)點，梁的撓度會增加10％～24％，因此，為保證連接的剛度，對高強螺栓的預拉力應像摩擦型高強螺栓連接那樣嚴加控制[2]，至于端板之間的抗滑移系數(shù)要求是很低的，無需像摩擦型高強度螺栓連接那樣，花費大量的費用去作抗滑移系數(shù)試驗，因輕鋼結構端板式連接中的剪應力很小，按設計要求可定為μ＝0.15，如此小的摩擦系數(shù)無需專門控制可自動滿足，（規(guī)范規(guī)定僅對μ＞0.3時，需作抗滑移試驗來保證）
    五、砼柱上兩鉸直線拱的施工問題
    有時會遇到在鋼筋砼結構上加鋼結構屋蓋的工程，采用實腹式屋蓋梁是常用的方法之一，此時的屋蓋梁設計成兩鉸直線拱型式，計算簡圖如圖4所示，作為兩鉸直線拱的屋蓋梁在端頭與砼柱一般做不成剛接，只能是鉸接，但這種鉸接具有很大的水平推力，依

    靠這水平推力，大大改善了屋蓋梁的彎矩分布，使跨中截面彎矩大大降低，如無水平推力則跨中截面的彎矩如簡支梁，彎矩將增大約一倍，此外，無水平推力，跨中下?lián)蠈⒃龃蠹s五倍，正是因為兩鉸直線拱對水平推力如此敏感，在施工安裝就要特別當心。事實上，有不少這類建筑，設計人員和施工安裝人員都沒有認識這一點，在鋼梁與砼柱連接中仍像一般的柱底鉸接那樣處理，就要出問題了。因為土建中的錨栓連接，都是在安裝構件完成之后，再對錨栓補焊加強墊板，這種方式用于柱底連接是可行的，用于兩鉸直線拱則有大問題，因為在補焊加強墊板和灌漿填料之前，兩鉸拱已產(chǎn)生較大滑移，水平推力已釋放，大撓度已形成，補焊加強墊板只能對以后的荷載有效果。正確的做法有三種，一種是對屋蓋梁加臨時支撐，使兩鉸拱在無水平滑移的狀態(tài)下施工安裝，待補焊加強墊板并且灌漿填料完全固化之后，才可撤除臨時支撐，顯然用此方法安裝非常麻煩。另一種做法是在安裝兩鉸拱的同時，在柱子的預埋件上直接焊一個止推鍵頂緊拱端，見圖5所示，這就要求鋼筋砼結構設計人員事先配合好，設計一個能支持止推鍵的預埋件。最后一種做法是在擱置兩鉸拱時，直接與砼柱頂預埋件現(xiàn)場焊牢[4]，但這種方式對施工精度要求高，要求每榀拱安裝一步到位，事
    后無法進行調(diào)整。
    六、屋面壓型鋼板系統(tǒng)的安裝技術

    十幾年前的壓型鋼板的構造型式簡單，僅用掛鉤或自攻釘直接固定在檁條或墻梁上。現(xiàn)在屋面板有360°咬邊式、扣合式，墻面板有自攻釘隱藏式，這些類型的板或靠公、母肋互相咬邊固定或靠公、母肋互相卡緊扣牢。與這些板型相配合的泛水、包邊也就有各式各樣的，其中最為復雜的是360°咬邊式屋面板系統(tǒng)。這種板型一個最大特點是能夠隨溫度變化自由伸縮而不影響屋面板下面結構的連接及變形，從而具有了永久性的防滲漏功能。為配合這種屋面板體系，則屋脊處的陽堵頭，檐口處的陰堵頭都需要有良好的防水密封性，尤其麻煩的是出屋面風機類構造的防水處理，因風機是固定在檁條上的，而四周的泛水、包邊又必須連在屋面板上，屋面板與檁條之間又是可以相互滑移的，其滑移量最大可達80mm之多，此外，山墻面的屋檐包邊板一頭固定在墻面板上，另一頭又要包住屋面板使其不會滲水，墻面板一般是由自攻釘直接固定在檁條上，而屋面板又是可以有相對滑移的，這些問題必須由設計和制作做精細的考慮，施工安裝單位必須仔細地研究熟悉這些構造原理和要求，才能使安裝質(zhì)量到位。
    此外，在風吸力作用下，屋面板系統(tǒng)在檐口處、建筑物的四角處受到特別大的風荷作用，其作用力是其余區(qū)域的2.23倍[5]，屬于屋面板系統(tǒng)的薄弱處，需特別加強，這一點往往不被施工安裝單位注意，通常在檐口區(qū)域所有的緊固件需加密一倍，如屬沿海地區(qū)則需加密2倍，以確保結構安全。
    七、關于雨水滲漏的幾個安裝方面問題
    輕鋼結構建筑滲漏雨水是一個常見的、比較難以處理的問題，問題發(fā)生的原因存在于設計、制作、防水材料品質(zhì)、安裝技術諸方面，其中問題最多、最難控制的在安裝方面，在施工安裝方面需掌握以下幾條基本原則：
    1）除扣合式屋面板外，凡屋面板與板之間的搭接縫處，均需填充合格的防水密封膠條。
    2）凡泛水板、包邊板之間以及與屋面板之間的搭接縫處，均需填充合格防水密封膠條。
    3）屋面的各種泛水板與包邊板必須考慮屋面板的變形特征，并以滿足這種特征的要求來安裝泛水板、包邊板。
    4）屋脊處的陽堵頭、檐口處的陰堵頭必須在其四周填充防水密封膠條。
    5）采光帶應和屋面板連接，不應直接固定在其下的檁條上，采光帶的熱脹冷縮系數(shù)大，溫度變形非常顯著，采光帶之間的搭接連接處應有剛性壓條上下固定采光帶，并填充雙道密封膠條，緊固件應有加大加厚的防水墊圈以適應采光帶的大變形情況。
    6）在溫度伸縮縫處，應安裝有溫度變形功能的特殊包邊板。
    7）兼作窗框的墻檁，在安裝時應加臨時木撐，避免安裝時踩踏下?lián)希坏_下?lián)吓c窗框之間形成較大間隙，積水滲漏就難以避免，建筑密封膏只能解決平整微小縫隙的防水，不能解決大間隙的防水。
    8）在檐口處應特別注意保溫棉的端頭纖維毛細吸水效應，屋面保溫棉應在此處由防水層反卷阻擋其毛細吸水產(chǎn)生，見圖6所示。
    9）天溝與屋面板之間是一個防水的薄弱

    點，在北方有積雪結凍的地區(qū)不應采用內(nèi)天溝做法，再好的防水密封膏在反復積雪結凍的狀態(tài)下也要出問題，一般設計時應盡量做成外天溝形式，并允許下暴雨時天溝溢水。外掛天溝不光是無需考慮滲漏問題，且將后維修更換也非常方便。
    如果能掌握好以上9條原則，鋼結構的滲漏問題是可以避免的。
    八、小結
    用常規(guī)方法安裝輕鋼結構，存在結構安
    全方面問題，也存在著雨水滲漏方面問題，只有熟悉輕鋼結構的技術特點，有針對性采取相應的措施才能經(jīng)濟合理地解決好輕鋼結構的質(zhì)量問題。




    參考文獻
    1．中華人民共和國建筑行業(yè)標準，門式剛架輕型房屋鋼構件，JG144-2002
    2．陳友泉，高強度螺栓連接的應用問題探討，鋼結構，2004，19（4）
    3．湯征，“輕鋼結構門式剛架端板連接節(jié)點附加轉(zhuǎn)角的分析”，工業(yè)建筑，2001，30（7）．
    4．魏潮文、陳友泉，砼柱上兩鉸直線拱設計，建筑 結構，2005，35（2）
    5．中國工程建筑標準化協(xié)會標準，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程，CECS102:2002，中國計劃出版社，北京，2003
    （浙江杭蕭鋼構股份有限公司 陳友泉 310003）
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