輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題_審圖札記之一

1、(總第 92期 2005年第 2期福 建 建 筑 Vol 92 No2 2005輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題 審圖札記之一龔昌基(福建天正建筑工程施工圖審查公司 福州 350001摘 要 :筆者在審圖工作中感到當(dāng)前輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在一些問(wèn)題 , , : 鋼材尺寸負(fù)偏差太大 , 鋼 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)對(duì)策 :2 單面角焊縫在沿海大風(fēng)區(qū) :不變體系 :4 門式剛架斜 。 在這 里提請(qǐng) 同行討論和關(guān)注 。關(guān)鍵詞 :負(fù)偏差 容許長(zhǎng)細(xì)比中圖分類號(hào) :T U391 :B 文章編號(hào) :1004-6135(2005 02-0042-03Proble m s i n D esi gn of L i ghtwe i

2、 ght Steel Structures Part of exam i n a ti on notes on work i n g draw i n gsGong Changji(Fujian TianZheng Building Working -D ra wing Exa m inati on Co 1, L td 1Fuzhou 350001Abstract:It is pointed out in this paper that s ome unsafe fact ors exist in design of light w eight steel structures, e 1g

3、1, negative devia 2 ti on of steel -p lace s thickness is t oo large; it is not app r op riate t o use one -side -filled angle weld on large s pan portal fra me in coastal areas with str ong wind; horizontal bracing syste m in r oof must be stabilized by itself; full attenti on must be paid on flexu

4、ral -co mp res 2 sive buckling of steep inclined bea m of portal fra me; purli n with steel bar as l ower chord usually can not resist upward wind l oad 1 Keywords:negative deviati on; coastal areas with str ong wind; one -side -filled angle weld; self -stabilized syste m; flexural -com 2 p ressive

5、buckling; all owable slende rness index 近年來(lái) , 輕鋼結(jié)構(gòu)在大跨度廠房中頗受歡迎 。 這些工程 多由廠家設(shè)計(jì) , 設(shè)計(jì)人員由于所處角度不同 , 往往更多地從 節(jié)約鋼材 、降低造價(jià)來(lái)考慮問(wèn)題 , 有些地方 , 筆者以為是 “ 冒 ” 了點(diǎn) , 對(duì)工程的安全性有所影響 。有的問(wèn)題 , 則屬于 認(rèn)識(shí)上的偏差 。 茲略舉數(shù)端 , 供同行討論 。1. 鋼材尺寸的允許負(fù)偏差問(wèn)題有的設(shè)計(jì)者在 “ 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明 ” 中明確寫道 :“ 本工 程所用鋼板厚度應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 熱軋鋼板和鋼帶的尺寸 、 外形 、 重量及允許偏差 (G B709-88 ” 。 乍一看 , 這個(gè)

6、規(guī) 定是完全正確 , 無(wú)懈可擊的 , 但經(jīng)查發(fā)現(xiàn) , 這份國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的 表 4規(guī)定 , 公稱厚度 7151010鋼板 , 其厚度的允許偏差 是 +012 /-018 , 以常用的 8鋼板來(lái)說(shuō) , 實(shí)際板厚 712就算是 “ 符合標(biāo)準(zhǔn) ” 了 。 而且在該標(biāo)準(zhǔn) 411條中還規(guī) 定 :“ 根據(jù)需方要求 , 可以供應(yīng)等于允許公差的限制負(fù)偏差 的鋼板 ” 。 換句話說(shuō) , 只要您愿意 , 您可以訂購(gòu)到大批的公 稱是 8而實(shí)際厚度只有 712的鋼板 。如果設(shè)計(jì)允許這樣的負(fù)偏差 , 而又按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè) 計(jì)計(jì)算 , 顯而易見 , 相關(guān)的構(gòu)件應(yīng)力將超限 10%以上 。這 就直接違反了 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (G

7、B50017-2002 第 31411條 、 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 (G B50018-2002 第 41211條和 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 (CECS102 2002 第 31113條 , 上述各條都是 “ 強(qiáng)制性條 文 ” !有人認(rèn)為 :國(guó)家的建筑材料標(biāo)準(zhǔn) 、 設(shè)計(jì)規(guī)范 、 施工及驗(yàn) 收規(guī)范應(yīng)是配套一致的 , 設(shè)計(jì)規(guī)范在編制時(shí)應(yīng)已包容了材料 標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范所容許的偏差 , 因此只要各自符合規(guī)范標(biāo) 準(zhǔn) , 就不存在安全性問(wèn)題 。其實(shí) , 這個(gè)推論也是似是而非的 。 首先 , 設(shè)計(jì)規(guī)范的所 有計(jì)算公式都是要求按構(gòu)件的實(shí)際尺寸計(jì)算的 , 除了某些特 殊環(huán)境條件下允許留有一定的腐蝕裕量

8、外 , 并沒(méi)有規(guī)定減除 尺寸偏差 ; 其次 , 在材料強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)都是按試件的實(shí)際尺寸 而不是按它的公稱尺寸測(cè)算的 , 也沒(méi)有留下余地 。 誠(chéng)然 , 材 料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與其標(biāo)準(zhǔn)值之間 , 是有一定的差距 , 那是規(guī)范 考慮材料強(qiáng)度性能的不均勻性而設(shè)定的 , 與尺寸誤差無(wú)關(guān) 。 總之 , 設(shè)計(jì)規(guī)范并沒(méi)有考慮構(gòu)件材料尺寸的負(fù)偏差 。為了證實(shí)這個(gè)問(wèn)題 , 筆者特地打電話向中國(guó)建筑科學(xué)院 的蔡益燕研究員 (蔡老是前述三本設(shè)計(jì)規(guī)范 、規(guī)程的主要 起草人 請(qǐng)教 , 他十分明確地答復(fù) :“ 設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有考慮材 料尺寸的負(fù)偏差 ” 。因此 , 筆者認(rèn)為 , 面對(duì)建筑材料市場(chǎng)上客觀存在的尺寸 負(fù)偏差 (它不超出國(guó)家

9、標(biāo)準(zhǔn) , 因而是 “ 合法 ” 的 , 為保證 結(jié)構(gòu)安全 , 只有兩條出路 :一條是嚴(yán)格把關(guān) , 不允許不符合 設(shè)計(jì)要求的材料進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng) ; 如果做不到這一點(diǎn) , 那就只 有選擇第二條出路 :在設(shè)計(jì)計(jì)算構(gòu)件應(yīng)力時(shí)留有足夠的余 地 。假如在設(shè)計(jì)中既把材料強(qiáng)度指標(biāo)用足 , 又允許構(gòu)件尺寸 (總第 92期 2005年第 2期 龔昌基 輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題 43 存在負(fù)偏差 , 那實(shí)質(zhì)上就是拿結(jié)構(gòu)的安全度開刀了 , 而這是 規(guī)范所不允許的 。2. “ 單面角焊縫 ” 的適用性問(wèn)題某工程把門式剛架梁柱的翼緣與腹板之間設(shè)計(jì)為 “ 單 面角焊縫 ” 。 設(shè)計(jì)者認(rèn)為 T 型接頭可不要求全熔透 , 只要腹

10、 板厚度不大于 8 , 便符合 CECS102 2002“ 門架規(guī)程 ” 第 71111-2條及附錄 F “ 單面角焊縫 ” 的使用條件 。但如果具體分析沿海大風(fēng)區(qū)的特點(diǎn) , 并且細(xì)看該 “ 附 錄 F ” , 就會(huì)發(fā)現(xiàn)并不是那么回事 。首先 , “ 附錄 F ” 規(guī)定 :“ 單面角焊縫僅可用于承受靜 態(tài)荷載和間接動(dòng)態(tài)荷載 的構(gòu)件 ” , 對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)屋 蓋 , 沿海大風(fēng)區(qū)風(fēng)吸力的絕對(duì)值遠(yuǎn)大于屋蓋重量 , 剛架橫梁 所受豎向荷載是在不斷變號(hào)的 , ,受無(wú)數(shù)次的上下振動(dòng) ,際的 。 其次 , “ 附錄 F力的焊縫 ” , 但顯而易見 ,面角焊縫還要承受偏心的拉 、壓力 , 而不只是剪力 ; 再

11、者 , “ 附錄 F ” 還規(guī)定 “ 單面角焊縫僅可用于 不接觸強(qiáng)腐蝕 性介質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件 ” , 而沿海地區(qū)空氣中的 “ 鹽霧 ” 對(duì)鋼結(jié) 構(gòu)的侵蝕作用是人所共知的 , 雖不算 “ 強(qiáng)腐蝕性介質(zhì) ” , 但 其長(zhǎng)期影響也是不容忽視的 。因此 , 盡管門架梁柱的翼緣與腹板之間的 T 型焊縫的 剪應(yīng)力一般不會(huì)很大 , 但由于它長(zhǎng)期處于反復(fù)荷載作用之 下 , 和它的環(huán)境特點(diǎn) , 還是不應(yīng)采用單面角焊縫 。上個(gè)世紀(jì)的 80年代 , 在福建省體育中心看臺(tái)大挑篷的 鋼管 球節(jié)點(diǎn)的焊縫檢測(cè)中 , 也有明顯的跡象證明 :經(jīng)十 幾次反復(fù)荷載作用后 , 焊件中的根部未焊透的缺陷即有所擴(kuò) 展 。 這從另一角度說(shuō)明單

12、邊角焊縫不宜用于承受反復(fù)荷載的 構(gòu)件連接 。同濟(jì)大學(xué)陳以一教授等對(duì)單邊角焊縫進(jìn)行了大量的試驗(yàn) 研究工作 , 并在 建筑結(jié)構(gòu) 雜志 2001年第 2期 、 2002年 第 2期 、 2002年第 9期上相繼發(fā)表了 4篇論文 , 其最后一 篇 , 即 2002年第 9期的 單面角焊縫連接的 H 型鋼構(gòu)件抗 剪極限承載力 中 , 作者在肯定 “ 單調(diào)靜力荷載條件下 , 單面連接角焊縫有良好的承載和變形性能 ” 的同時(shí) , 也在 結(jié)論中明確指出 :“ 單面焊接接頭對(duì)構(gòu)件承受反復(fù)荷載作用 時(shí)的承載性能有何影響 , 有待進(jìn)一步研究 ” 。3. 屋面水平支撐系統(tǒng)的設(shè)置屋面支撐布置最常見的問(wèn)題是缺少剛性系桿

13、, 以致不能 形成幾何不變體系 ; 另一個(gè)常見問(wèn)題是采用托梁 (或托架 代替部分立柱時(shí) , 沒(méi)有沿托梁區(qū)段設(shè)置縱向水平支撐 。 先說(shuō)第一個(gè)問(wèn)題 。輕鋼結(jié)構(gòu)屋蓋 , 允許用帶張緊裝置 (例如花蘭螺絲 的十字交叉圓鋼拉桿 。 但若不在交叉拉桿 的端部配置剛性系桿 , 則被拉的屋面斜梁就要發(fā)生側(cè)向變 形 。 有的設(shè)計(jì)者認(rèn)為屋面檁條可以阻止這種變形 , 其實(shí)這不 可靠 , 即使檁條在滿足抗彎要求的同時(shí)還有余力 , 甚至配置 了雙檁條 , 也必須經(jīng)壓彎驗(yàn)算 , 只有能滿足壓彎構(gòu)件的剛度 和承載力要求 , 才可以兼作剛性系桿 ?！?門架規(guī)程 ” CECS102 2002對(duì)支撐布置還有這樣一 些要求的 :“

14、 在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中 , 應(yīng)分別設(shè)置能 獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系 ” (第 41511條 1款 ; “ 當(dāng)端部支撐設(shè)置在第二個(gè)開間時(shí) , 在第一個(gè)開間的相 應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿 ” (第 41512條 1款 ;“ 在剛架轉(zhuǎn)折處 , 應(yīng)沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿 ” (第 41512條 5款 。91211條 :“ 本節(jié) ” , 認(rèn)為對(duì)于輕型鋼結(jié)構(gòu)廠 房 , 不必遵守上述規(guī)定 。其實(shí)不然 。我們應(yīng)當(dāng)注意到 , 在 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 中 , 并不涉及托梁結(jié) 構(gòu)這種體系 , 要采用托梁結(jié)構(gòu) , 只能參照?qǐng)?zhí)行普通鋼結(jié)構(gòu)的 上述規(guī)定 。 相對(duì)于普通鋼結(jié)構(gòu)而言 , 輕型鋼結(jié)構(gòu)在

15、腹板高厚 比 、 翼緣寬厚比等方面的限制有所放松 , 支撐布置則應(yīng)更加 關(guān)注 。4. 門式剛架斜梁的壓彎穩(wěn)定問(wèn)題與矩形剛架對(duì)比 , 帶有 “ 人 ” 字形斜梁的山形門式剛 架的一個(gè)重要特點(diǎn)是 :在梁上對(duì)稱荷載作用下 , 其斜梁存在 軸向內(nèi)力 。 屋面坡度愈大 , 軸向內(nèi)力也愈大 。 這時(shí) , 斜梁可 能出現(xiàn)壓彎失穩(wěn)問(wèn)題 。 在選擇電算軟件時(shí) , 應(yīng)注意它是否具 有計(jì)算斜梁壓彎穩(wěn)定性的功能 。此外 , 門架脊點(diǎn)在梁上對(duì)稱荷載作用下向下位移 , 以及 由此產(chǎn)生的斜梁軸向壓力 , 將使門架的兩邊檐口節(jié)點(diǎn)對(duì)稱地 外移一個(gè) 值 , 導(dǎo)致門架的立柱受到附加的力矩 P , 它 具有二階效應(yīng)的特點(diǎn) , 且隨著

16、屋面坡度的增大而更加明顯 。 由于壓型鋼板現(xiàn)場(chǎng)不限長(zhǎng)冷彎加工設(shè)備和扣合式彩板技 術(shù)的出現(xiàn) , 基本解決了漏雨問(wèn)題 , 現(xiàn)在輕鋼廠房屋面的坡度 一般都在 1:10以下 , 有的做到 3%甚至更小 , 斜梁在對(duì)稱 荷載下的軸向內(nèi)力以及由此引起柱子的 P -效應(yīng)問(wèn)題并不突 出 。 “ 門架規(guī)程 ” CECS102:2002第 41115條規(guī)定 :“ 門式 剛架輕型房屋的屋面坡度宜取 1/81/20” , 因此在第 6章 “ 構(gòu)件設(shè)計(jì) ” 中不要求斜梁作為壓彎構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算 。 但 有時(shí)因生產(chǎn)工藝和使用功能的要求 , 屋面斜梁傾角超過(guò) 1/ 8, 有的甚至達(dá)到 40以上 , 上述問(wèn)題就不可忽視了 。

17、至于 柱子的 P -效應(yīng)問(wèn)題 , “ 門規(guī) ” 第 61113條規(guī)定 , 屋面坡度 在 1:5以上 , 才需要予以考慮 。51下?lián)问綑_條的抗風(fēng)問(wèn)題某車間輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面的下?lián)问綑_條如下圖 。 其檁條間 距為 115m, 屋面板用單層壓型鋼板 。該車間位于我省某港 口 , 基本風(fēng)壓值 017k N /m2, 地面粗糙度為 B 類 , 主屋面離 地高度 10m 。經(jīng)驗(yàn)算 , 在 “ 恒 +活 ”荷 載下 , 下 弦 桿 最大 拉 應(yīng) 力 120N /mm2, 上弦桿最大壓應(yīng)力 (考慮整體彎矩和局部彎矩 的疊加 為 109N /mm2, 均小于 Q235鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 , 是安全的 。 (下轉(zhuǎn)第 2

18、8頁(yè) (總第 92期 2005年第 2期 牛力等 當(dāng)代社會(huì)文化語(yǔ)境下的建筑教育 28 可言說(shuō)的玄學(xué) , 應(yīng)當(dāng)具有被清晰表達(dá)的特征 。 但目前存在著 以晦澀難懂為高深的傾向 , 簡(jiǎn)單的意思被喬裝打扮得讓人難 以捉摸 。 這只能反映出表達(dá)者的淺薄或者表達(dá)者本身對(duì)所要 表達(dá)內(nèi)容的不甚了解 , 妄想通過(guò)含混不清蒙混過(guò)關(guān) 。 其結(jié)果 就是不知所云 , 也就等于沒(méi)有表達(dá) 。 建筑教育中應(yīng)當(dāng)防止和 杜絕這種裝深沉的傾向 。教與學(xué)的精確對(duì)位通常 , 涉及到與某專業(yè)相關(guān)的知識(shí)的教學(xué)總是由該專業(yè) 的老師授課 。 比如說(shuō) , 建筑學(xué)的結(jié)構(gòu)課是由工民建專業(yè)的老 師來(lái)上的 。 由于專業(yè)領(lǐng)域的不同 , 這樣的教學(xué)方式存在

19、一定 的問(wèn)題 。 結(jié)構(gòu)系的老師不知道什么是建筑系的學(xué)生應(yīng)該掌握 的 , 來(lái)職業(yè)生涯中必須用到的 。 , 的錯(cuò)位 。 授課 , 是最重要的 。同 樣 的 問(wèn) 題 也 出現(xiàn) 在 教 材 上 。新 近 出 版 的 結(jié)構(gòu)體系與建筑造型 如果作為建筑學(xué)教材的話就要比傳 統(tǒng)上使用的 材料力學(xué) 、 鋼結(jié)構(gòu) 等合適得多 。走出形式美學(xué)的困境中國(guó)近代建筑史上探索中國(guó)固有式建筑時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生了 熱衷形式操作的傾向 , 其影響直至今日 。 平面 、 立面與色彩 構(gòu)成是傳統(tǒng)建筑教育中的重頭戲 , 其力圖引導(dǎo)學(xué)生的審美傾 向 , 把事先預(yù)設(shè)好的結(jié)果灌輸給學(xué)生 。 于是 , 從低年級(jí)的基 本技能訓(xùn)練到高年級(jí)的設(shè)計(jì)改圖無(wú)不滲

20、透著對(duì)形式的追求 。 形式加功能 , 這是許多建筑系學(xué)生對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí) 。 從 業(yè)后 , 視覺沖擊力成為評(píng)價(jià)建筑的唯一標(biāo)準(zhǔn) 。 一幢幢建筑成 為搬弄形式的結(jié)果 ; 一個(gè)個(gè)小區(qū)規(guī)劃成為圖面上自我完美的 形式的結(jié)晶體 。 各式各樣效果圖書籍的熱銷也反映了國(guó)內(nèi)建 筑界對(duì)形式的偏好 。形式主義實(shí)際上是對(duì)某些形狀 、 形式的偏愛 , 許多情況 下不是因?yàn)檫@些形式合乎功能 , 而是因?yàn)樗鼈儺?dāng)時(shí)流行 。 其直接的后果往往就是形式的空洞化 , 不顧一切地追求 “ 新 、 奇 、 特 ” , 最后呈現(xiàn)出一種無(wú)病呻吟的姿態(tài) 。當(dāng)代建筑教育 應(yīng)該扭轉(zhuǎn)這種浮躁的風(fēng)氣 , 早日走出形式美學(xué)的困境 。建筑是一項(xiàng)社會(huì)性

21、的活動(dòng) , 建筑教育除了必要的形式美 感訓(xùn)練外 , 還應(yīng)該將社會(huì)的因素引入到教育體系中 。 一名未 來(lái)的建筑師 , 在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中 , 必須以更整體的眼光留心 與設(shè)計(jì)相關(guān)的許多社會(huì)問(wèn)題 , 使建筑產(chǎn)生更大的社會(huì)效應(yīng) 。 這其中包括關(guān)心建筑的經(jīng)濟(jì)性 、 環(huán)保性 、 工業(yè)化等 , 也許從 更寬廣的視野來(lái)思考建筑 , 才有可能突破形式主義的束縛 , 不拘泥于形式的枝端末節(jié) , 。 形式 , 意味著對(duì)人文思想以及 , 我們的街頭才可以少屹 。拓展建筑教育的外延建筑教育不僅僅與建筑系的師生有關(guān) , 建筑教育的范圍 應(yīng)該擴(kuò)展到全社會(huì)范疇 , 包括對(duì)大眾的教育 , 對(duì)決策者的教 育 , 對(duì)媒體的教育等等 。 很明顯 , 在當(dāng)前中國(guó)的建筑環(huán)境中 建筑師的聲音還是很微弱的 , 建筑師為之服務(wù)的業(yè)主 (甲 方 和政府決策者往往主導(dǎo)了建筑設(shè)計(jì)本身 。因此 , 提高 全社會(huì)的建筑素質(zhì)也是當(dāng)前建筑教育義不容辭的責(zé)任 。 反過(guò) 來(lái)這也是對(duì)建筑師的一種督促 , 在社會(huì)范圍內(nèi)形成一種良性 的高品質(zhì)的建筑批評(píng)機(jī)制 , 將十分有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑師的不 斷再教育 。參考文獻(xiàn) :1、 紀(jì)懷祿 , 不拘一格育人