門式剛架常見問題及其改進(jìn)措施

1、中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院張運田 教授級高工 3.1.6 鋼柱腳未采用混凝土包裹防護(hù) 原因分析：原因分析： 許多事例表明地面以下的鋼柱腳若不用混凝土包裹,柱腳處由于積水使鋼材嚴(yán)重銹蝕，對結(jié)構(gòu)存在著安全隱患，因此鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017對地面以下的鋼柱腳用混凝土進(jìn)行包裹列為強制性條文。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范第8.9.3條（強制性條文）規(guī)定，對柱腳在地面以下部分采用強度等級較低的混凝土包裹（保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm），包裹的混凝土應(yīng)高出地面不小于150mm。 當(dāng)柱腳底面在地面以上時，柱腳高出地面的高度不應(yīng)小于100mm。l3.1.7 在房屋的溫度區(qū)段內(nèi)，未設(shè)置能獨立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支

2、撐體系。l 結(jié)構(gòu)布置時，在溫度區(qū)段內(nèi)應(yīng)使結(jié)構(gòu)成為能保持空間穩(wěn)定的獨立體系，按門式剛架規(guī)程CECS 102第4.5.1條第1款設(shè)置支撐體系。l3.2.1 屋面橫向水平支撐與柱間支撐未布置在同一跨間內(nèi)。l原因分析：原因分析： 布置在同一跨間內(nèi)的屋面橫向水平支撐和柱間支撐同門式剛架一道構(gòu)成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系，既可承受和傳遞房屋縱向的各種荷載和作用，又方便于門式剛架結(jié)構(gòu)的施工安裝。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第4.5.1條第2款和第4.5.2條第1款的規(guī)定，宜將屋面橫向水平支撐和柱間支撐同時布置在房屋溫度區(qū)段端部第一開間或第二開間，在布置柱間支撐的開間，宜同時布置屋面橫向水平支

3、撐，如圖3.2.1所示。 當(dāng)無法布置在同一跨間時，可布置在相鄰跨間，有一定搭接區(qū)，但這種情況在溫度區(qū)段內(nèi)只能是個別的，否則應(yīng)對整個支撐系統(tǒng)重新合理布置。l圖3.2.1門式剛架支撐布置示意圖l圖3.2.1門式剛架支撐布置示意圖l3.2.2 屋面橫向水平支撐布置在房屋溫度區(qū)段端部第二開間，而在第一開間相應(yīng)于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置未布置縱向剛性系桿。l原因分析：原因分析： 房屋端墻(山墻)的風(fēng)荷載或地震作用要靠屋面橫向水平支撐傳遞給房屋縱向柱間支撐。屋面橫向水平支撐布置在第二開間時，第一開間僅布置未按壓彎桿件驗算和加強的檁條，不足以傳遞端墻的風(fēng)荷載或地震作用。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)

4、程CECS102第4.5.2條第1款的規(guī)定，在房屋溫度區(qū)段的第一開間相應(yīng)于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置布置滿足受壓桿件長細(xì)比要求和受壓（壓彎）桿件承載力要求的剛性系桿。 如圖3.2.2所示。l圖3.2.2門式剛架端開間屋面剛性系桿布置示意圖l3.2.3 屋面橫向水平支撐的豎腹桿未按剛性壓桿設(shè)計。l原因分析：原因分析： 屋面橫向水平支撐的計算簡圖為簡支于有柱間支撐柱列的門式剛架柱頂?shù)乃借旒?，其交叉斜腹桿系柔性系桿，只能承受拉力，豎腹桿必須設(shè)計成剛性壓桿才能組成幾何不變體系，傳遞端墻的荷載或作用。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第4.5.2條第 6款和第4.5.3條的規(guī)定，將屋

5、面橫向水平支撐桁架的豎腹桿按壓桿設(shè)計；當(dāng)檁條位于屋面橫向水平支撐桁架節(jié)點處擬由其兼作屋面橫向水平支撐的豎腹桿時，檁條應(yīng)滿足對壓彎桿件的剛度和承載力要求，必要時應(yīng)加強。如圖3.2.1所示。l3.2.4 屋面橫向水平支撐的節(jié)點未與抗風(fēng)柱布置相應(yīng)協(xié)調(diào)。l原因分析：原因分析： 屋面橫向水平支撐桁架的節(jié)點布置在抗風(fēng)柱處，可以使抗風(fēng)柱柱頂?shù)姆戳χ苯觽鬟f，避免剛架斜梁受扭。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 首先根據(jù)房屋的使用要求布置抗風(fēng)柱，然后根據(jù)抗風(fēng)柱柱頂位置布置屋面橫向水平支撐桁架的節(jié)點及支撐桿件；因為剛架斜梁允許在任意位置布置屋面橫向水平支撐的節(jié)點，屋面橫向水平支撐的交叉斜桿為柔性拉桿，與剛架斜梁的連接較為簡單

6、，可以不必等間距布置，這是門式剛架與普通屋架不同之處。l在抗風(fēng)柱與剛架斜梁連接處，剛架斜梁下翼緣應(yīng)設(shè)隅撐。如圖3.2.4所示。圖3.2.4 抗風(fēng)柱連接節(jié)點示意圖l3.2.5 屋面橫向水平支撐和柱間支撐采用圓鋼時，未設(shè)張緊裝置；當(dāng)設(shè)有橋式吊車時，柱間支撐未采用型鋼支撐。l原因分析：原因分析：圓鋼支撐側(cè)向剛度小，安裝時會因自重而下垂，再加上圓鋼支撐初始彎曲和連接松弛等缺陷，不設(shè)張緊裝置就不能保證支撐始終處于張緊狀態(tài)，對門式剛架房屋的整體穩(wěn)定性和整體剛度起不到應(yīng)有的作用。當(dāng)有吊車時，柱間支撐改而采用型剛支撐，也是為了保證門式剛架房屋的縱向剛度。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 采用圓鋼支撐時，應(yīng)按門式剛架規(guī)程

7、CECS102和薄壁型鋼規(guī)范GB50018第9.2.2條的要求設(shè)置張緊裝置。有吊車時,柱間支撐應(yīng)采用型鋼支撐；在8度及以上地震區(qū)或地震作用效應(yīng)組合控制時，門式剛架房屋的屋面橫向水平支撐和柱間支撐亦應(yīng)采用型鋼支撐。l3.2.6 在剛架轉(zhuǎn)折處(邊柱柱頂和屋脊、多跨房屋中間柱柱頂)，未沿房屋縱向全長設(shè)置剛性系桿。l原因分析：原因分析： 在剛架轉(zhuǎn)折處設(shè)置剛性系桿，除了承受壓力和傳遞縱向水平力外，在安裝過程中可增加剛架的側(cè)向剛度，保證結(jié)構(gòu)安全。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第4.5.2條第5款的規(guī)定，在剛架的邊柱柱頂和屋脊處及多跨房屋適當(dāng)位置的中間柱柱頂處，均沿房屋全長設(shè)置通長的剛

8、性系桿；不宜由加強的檁條代替剛架轉(zhuǎn)折處的剛性系桿，如圖3.2.1所示。l3.2.7 壓型鋼板薄壁型鋼檁條屋面，當(dāng)檁條跨度大于4m時，未合理設(shè)置拉條、斜拉條及撐桿體系。l原因分析：原因分析： 冷彎薄壁型鋼檁條通常采用Z型鋼和卷邊槽鋼檁條，由于其重心高，弱軸抗彎能力差。當(dāng)檁條跨度大于4m時，應(yīng)設(shè)置拉條、斜拉條及撐桿體系，以提高其側(cè)向剛度與承載力，減少其在安裝和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第6.3.5條和6.3.6條的規(guī)定，當(dāng)檁條跨度大于4m不大于6m時，應(yīng)在檁條跨中設(shè)置一道拉條，當(dāng)檁條跨度大于6m時，應(yīng)在檁條跨度 3分點處各設(shè)一道拉條，拉條宜設(shè)置在

9、距檁條上翼緣 1/3腹板高度范圍內(nèi)。為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩(wěn)，在設(shè)置拉條的同時，應(yīng)在檐口處增設(shè)斜拉條和撐桿；l為了承受屋面的坡向分力，在屋脊處(有天窗時在天窗處）亦應(yīng)增設(shè)斜拉條和撐桿；當(dāng)屋面坡面過大時，在檐口和屋脊之間的適當(dāng)位置必要時也宜增設(shè)斜拉條和撐桿。當(dāng)門式剛架跨度不大、屋面對稱屋脊布置且坡度較小時，屋脊處可不設(shè)斜拉條和撐桿。拉條應(yīng)根據(jù)最大的屋面坡向分力按拉桿計算確定，撐桿則按壓桿設(shè)計，如圖3.2.7所示：l圖3.2.7 檁條間拉條布置示意圖l3.3.1 剛架梁、柱高強度螺栓連接節(jié)點的端板，不滿足最小厚度16mm的要求。l原因分析：原因分析： 剛架梁、柱連接節(jié)點通常假定按剛性連接節(jié)點

10、設(shè)計，要保證連接節(jié)點與計算模型相符，傳力可靠，除滿足計算要求外，必須嚴(yán)格控制端板厚度不小于16mm，以保證端板有足夠的剛度。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.9條規(guī)定，設(shè)計剛架梁、柱連接節(jié)點端板時,如計算出的端板厚度不足16mm時,應(yīng)取端板厚度16mm；工程習(xí)慣上，端板的厚度也不宜小于節(jié)點所用高強度螺栓的直徑d。l同時， 根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.11條規(guī)定，端板與剛架柱翼緣和斜梁翼緣的連接應(yīng)采用全熔透對接焊，焊縫質(zhì)量等級為二級；端板與剛架構(gòu)件腹板的連接應(yīng)采用角對接組合焊縫或與腹板等強的角焊縫。l3.3.2 柱腳錨栓的直徑，不滿足不小于24mm的要求，

11、且未設(shè)置雙螺帽。l原因分析：原因分析： 剛架柱腳通常假設(shè)與基礎(chǔ)為鉸接相連，有吊車時則應(yīng)采用剛接柱腳;柱腳錨栓直徑除按計算確定外，考慮到實際工程中可能會承受部分水平剪力等不利因素，其直徑不宜過小。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.18條規(guī)定，當(dāng)計算出的柱腳錨栓直徑小于24mm時，應(yīng)取24mm。一般情況下，剛架跨度不大于18m時,采用2個M24的錨栓；剛架跨度不大于27m時,采用4個M24的錨栓；剛架跨度不大于30m時,采用4個M30的錨栓。柱腳錨栓均應(yīng)設(shè)雙螺帽，以防螺帽松動，影響柱腳安全可靠的工作。l3.3.3 未復(fù)核有柱間支撐的柱腳錨栓在風(fēng)荷載作用下的上拔力。l原因

12、分析：原因分析： 門式剛架房屋端墻(山墻)上的風(fēng)荷載經(jīng)由抗風(fēng)柱、屋面橫向水平支撐等結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳至柱間支撐，柱間支撐的最大豎向分力使與其相連的柱腳錨栓產(chǎn)生上拔力。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.19條規(guī)定，進(jìn)行有柱間支撐的柱腳錨栓在風(fēng)荷載作用下的上拔力計算。計算柱間支撐產(chǎn)生的最大豎向分力時，不考慮活荷載(或雪荷載)、積灰荷載和附加荷載的影響，恒荷載的分項系數(shù)應(yīng)取1.0;計算柱腳錨栓的受拉承載力時，對Q235鋼錨栓，其抗拉強度設(shè)計值fat=140N/mm,錨栓的面積取螺紋處的有效截面面積。l3.3.4 未復(fù)核柱腳底部水平剪力能否由底板與混凝土基礎(chǔ)間的摩擦力承受，當(dāng)摩擦力

13、不足時，應(yīng)設(shè)柱腳抗剪鍵。l原因分析：原因分析：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.20條規(guī)定，柱腳錨栓不宜用于承受柱腳底部的水平剪力。此水平剪力可由柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)間的摩擦力(摩擦系數(shù)可取0.4)或設(shè)置抗剪鍵承受。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：按門式剛架規(guī)程的規(guī)定，復(fù)核柱腳底部的水平剪力是否可由柱腳底板與混凝土基礎(chǔ)間的摩擦力承受，當(dāng)摩擦力不足時，柱腳底板下應(yīng)加焊抗剪鍵。柱腳底部的水平剪力和摩擦力均應(yīng)取可能的最不利的組合設(shè)計值。柱腳抗剪鍵的截面尺寸和連接焊縫應(yīng)按混凝土的局部抗壓和抗剪鍵本身的彎剪承載力計算確定。l3.3.5 檁條和墻梁設(shè)計計算時，未按門式剛架規(guī)程的附錄A計算風(fēng)荷載，也未考慮風(fēng)吸力

14、的不利影響。l原因分析：原因分析：門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋屬于低矮房屋范疇，進(jìn)行風(fēng)荷載計算時所需要的風(fēng)荷載體形系數(shù)，由于我國現(xiàn)有的資料不完備,門式剛架規(guī)程CECS102建議采用美國MBMA手冊中的規(guī)定,并作為附錄A列于規(guī)程中。為和MBMA手冊配套，門式剛架規(guī)程要求將我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)荷載規(guī)范GB50009的基本風(fēng)壓值乘以綜合調(diào)整系數(shù)1.05。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 進(jìn)行門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋檁條和墻梁設(shè)計計算時，取自荷載規(guī)范第7.1.2條的基本風(fēng)壓值應(yīng)乘以1.05的綜合調(diào)整系數(shù)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)按荷載規(guī)范第7.2.1條和第7.2.2條的規(guī)定采用，當(dāng)高度小于10m時，按10m處的數(shù)值采用；風(fēng)荷載體型

15、系數(shù)，考慮內(nèi)、外風(fēng)壓最大值的組合，且含陣風(fēng)系數(shù)，按門式剛架規(guī)程附錄A的A.0.2條的規(guī)定采用。l在風(fēng)吸力作用下，冷彎薄壁型鋼檁條下翼緣受壓時，當(dāng)屋面能阻止檁條上翼緣側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)時，可偏安全地按薄壁型鋼規(guī)范GB50018的公式(8.1.1-2)進(jìn)行驗算。墻梁的設(shè)計計算與檁條類同。l3.3.6 門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的剛架立柱隨意改為鋼筋混凝土柱，仍按門式剛架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計，會造成工程事故。l原因分析：原因分析：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)是一種跨變結(jié)構(gòu)，其斜梁和立柱可以是變截面的，也可以是等截面的，立柱與基礎(chǔ)的連接可以鉸接，也可以剛接，但斜梁與立柱必須剛接。鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)則不同，它的屋面主構(gòu)件

16、可以是鋼筋混凝土梁或鋼梁，也可以是鋼筋混凝土屋架或鋼屋架，并且與鋼筋混凝土柱頂鉸接，鋼筋混凝土柱腳則與基礎(chǔ)剛接。l 顯然，這是完全不同的兩種結(jié)構(gòu)體系。因此，按門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的房屋，不應(yīng)隨意將剛架立柱改為鋼筋混凝土柱。因為鋼材和鋼筋混凝土兩種材料在材性、剛度和承載力方面有很大差別，不能簡單代換，而且在柱頂，鋼結(jié)構(gòu)的斜梁與鋼筋混凝土的柱是兩種不同材性的構(gòu)件，很難實現(xiàn)剛接。所以隨意將門式剛架立柱改為鋼筋混凝土柱會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不安全。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：（1）不得隨意將門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋的立柱改為鋼筋混凝土柱，也就是說不得隨意改變結(jié)構(gòu)的材料和體系；l （2）當(dāng)必須將門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋

17、的立柱改為鋼筋混凝土柱時，鋼筋混凝土柱必須與基礎(chǔ)剛接，鋼斜梁與柱頂應(yīng)按能承受水平推力的鉸接連接進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計，所構(gòu)成的跨變排架結(jié)構(gòu)應(yīng)重新進(jìn)行內(nèi)力分析，除應(yīng)重新驗算斜梁的承載力外，還應(yīng)按承載力和柱頂位移限值確定鋼筋混凝土柱的截面尺寸和配筋，也應(yīng)重新復(fù)核地基及基礎(chǔ)的承載力。l3.3.7 屋面橫向水平支撐、柱間支撐、抗風(fēng)柱及剛架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(含柱腳連接節(jié)點及支撐構(gòu)件連接節(jié)點)無計算書。l原因分析：原因分析：屋面橫向水平支撐、柱間支撐、抗風(fēng)柱和剛架一道形成門式剛架結(jié)構(gòu)的空間體系，共同承受屋面和墻面結(jié)構(gòu)傳來的垂直荷載、水平荷載和地震作用，其構(gòu)件和連接的承載能力必須滿足門式剛架規(guī)程CECS102第3.1.3

18、條、第3.1.4條和第7.2節(jié)的要求。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施： 在施工圖階段,設(shè)計單位的校審人員除校審門式剛架的計算書外，還應(yīng)校審屋面橫向水平支撐、柱間支撐和抗風(fēng)柱等主要受力構(gòu)件的計算書，也應(yīng)校審剛架結(jié)構(gòu)體系各連接節(jié)點的計算書；計算書齊全后才可以連同施工圖圖紙一道送施工圖審查單位審查。支撐構(gòu)件采用型鋼時，連接節(jié)點應(yīng)采用焊接連接節(jié)點。l3.4.1 檁條與剛架斜梁上翼緣連接處設(shè)置單板檁托未加焊加勁肋。l原因分析：原因分析： 檁托除安裝時固定檁條防止檁條傾覆外，尚要承受檁條因荷載偏心產(chǎn)生的扭矩。因此檁托應(yīng)有必要的剛度和承載力，以便對檁條端部提供扭轉(zhuǎn)約束。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)薄壁型鋼規(guī)范GB500

19、18第8.2.1條規(guī)定，垂直于斜梁上翼緣設(shè)置的單板檁托，應(yīng)加焊側(cè)向加勁肋，以提高其對檁條端部扭轉(zhuǎn)的約束剛度。為了有效地約束檁條端部的扭轉(zhuǎn)，檁托高度不宜小于檁條高度的2/3。墻梁的支托宜參照檁托設(shè)計,如圖3.4.1所示。l 當(dāng)屋面坡度及荷載均較小,且檁條高度也不大時，可采用單板檁托。單板檁托宜與剛架斜梁上翼緣坡口熔透焊。l3.4.2 位于坡屋面坡頂?shù)奈菁闺p檁，未用型鋼或圓鋼相互連接。l原因分析：原因分析：門式剛架房屋通常采用實腹式冷彎薄壁型鋼檁條，并在屋脊處布置雙檁。屋脊雙檁間用型鋼或圓鋼相互連接形成一體共同受力，并同屋面拉條、斜拉條及撐桿組合，使屋面的整體性和坡向剛度大大提高。l改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.12條屋脊雙檁間用型鋼相互連接時，可根據(jù)具體情況采用焊接或螺栓連接;用圓鋼相互連接時,應(yīng)在每個連接點處檁條腹板兩側(cè)各設(shè)置一個鎖緊螺帽;雙脊檁間相互連接點的位置在檁條跨度的3分點處及拉條連接點處。如圖3.2.7和圖3.4.2 所示。l 屋脊雙檁也可用撐桿(鋼管內(nèi)設(shè)拉條)相互連接。l圖3.4.2脊檁連接示意圖l3.4.3 在剛架斜梁下翼緣受壓區(qū)和柱內(nèi)側(cè)翼緣受壓區(qū)未設(shè)置保證其穩(wěn)定的隅撐。l原因分析：原因分析：剛架梁、柱構(gòu)件翼緣的局部穩(wěn)定，在一般情況下系通過限制板件的寬厚比來保證；剛架梁、柱構(gòu)件的整體穩(wěn)定則由剛架的支撐系統(tǒng)提供的側(cè)向支承點通過計算來保