門式鋼架常見設計問題.

1、中國建筑標準設計研究院張運田 教授級高工 3.1.6 鋼柱腳未采用混凝土包裹防護 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重銹蝕，對結構存在著安全隱患，因此鋼結構規(guī)范GB50017對地面以下的鋼柱腳用混凝土進行包裹列為強制性條文。l改進措施：改進措施：應按鋼結構規(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（保護層厚度不應小于50mm），包裹的混凝土應高出地面不小于150mm。 當柱腳底面在地面以上時，柱腳高出地面的高度不應小于100mm。l3.1.7 在房屋的溫度區(qū)段內，未設置能獨立構成空間穩(wěn)定結構的支

2、撐體系。l 結構布置時，在溫度區(qū)段內應使結構成為能保持空間穩(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。l原因分析：原因分析： 布置在同一跨間內的屋面橫向水平支撐和柱間支撐同門式剛架一道構成穩(wěn)定的空間結構體系，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構的施工安裝。l改進措施：改進措施：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)段內只能是個別的，否則應對整個支撐系統(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荷載或地震作用。l改進措施：改進措施：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)段的第一開間相應于屋面橫向水平支撐豎腹桿位置布置滿足受壓桿件長細比要求和受壓（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改進措施：改進措施：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計；當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，檁條應滿足對壓彎桿件的剛度和承載力要求，必要時應加強。如圖3.2.1所示。l3.2.4 屋面橫向水平支撐的節(jié)點未與抗風柱布置相應協(xié)調。l原因分析：原因分析： 屋面橫向水平支撐桁架的節(jié)點布置在抗風柱處，可以使抗風柱柱頂?shù)姆戳χ苯觽鬟f，避免剛架斜梁受扭。l改進措施：改進措施： 首先根據(jù)房屋的使用要求布置抗風柱，然后根據(jù)抗風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在抗風柱與剛架斜梁連接處，剛架斜梁下翼緣應設隅撐。如圖3.2.4所示。圖3.2.4 抗風柱連接節(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，未設張緊裝置；當設有橋式吊車時，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有的作用。當有吊車時，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改進措施：改進措施： 采用圓鋼支撐時，應按門式剛架規(guī)程

7、CECS102和薄壁型鋼規(guī)范GB50018第9.2.2條的要求設置張緊裝置。有吊車時,柱間支撐應采用型鋼支撐；在8度及以上地震區(qū)或地震作用效應組合控制時，門式剛架房屋的屋面橫向水平支撐和柱間支撐亦應采用型鋼支撐。l3.2.6 在剛架轉折處(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置剛性系桿。l原因分析：原因分析： 在剛架轉折處設置剛性系桿，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向剛度，保證結構安全。l改進措施：改進措施：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位置的中間柱柱頂處，均沿房屋全長設置通長的剛

8、性系桿；不宜由加強的檁條代替剛架轉折處的剛性系桿，如圖3.2.1所示。l3.2.7 壓型鋼板薄壁型鋼檁條屋面，當檁條跨度大于4m時，未合理設置拉條、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。當檁條跨度大于4m時，應設置拉條、斜拉條及撐桿體系，以提高其側向剛度與承載力，減少其在安裝和使用階段的側向變形和扭轉。l改進措施：改進措施：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，當檁條跨度大于4m不大于6m時，應在檁條跨中設置一道拉條，當檁條跨度大于6m時，應在檁條跨度 3分點處各設一道拉條，拉條宜設置在

9、距檁條上翼緣 1/3腹板高度范圍內。為了防止檁條向屋脊方向彎扭失穩(wěn)，在設置拉條的同時，應在檐口處增設斜拉條和撐桿；l為了承受屋面的坡向分力，在屋脊處(有天窗時在天窗處）亦應增設斜拉條和撐桿；當屋面坡面過大時，在檐口和屋脊之間的適當位置必要時也宜增設斜拉條和撐桿。當門式剛架跨度不大、屋面對稱屋脊布置且坡度較小時，屋脊處可不設斜拉條和撐桿。拉條應根據(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改進措施：改進措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.9條規(guī)定，設計剛架梁、柱連接節(jié)點端板時,如計算出的端板厚度不足16mm時,應取端板厚度16mm；工程習慣上，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采用全熔透對接焊，焊縫質量等級為二級；端板與剛架構件腹板的連接應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、且未設置雙螺帽。l原因分析：原因分析： 剛架柱腳通常假設與基礎為鉸接相連，有吊車時則應采用剛接柱腳;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改進措施：改進措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.18條規(guī)定，當計算出的柱腳錨栓直徑小于24mm時，應取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。柱腳錨栓均應設雙螺帽，以防螺帽松動，影響柱腳安全可靠的工作。l3.3.3 未復核有柱間支撐的柱腳錨栓在風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)上的風荷載經由抗風柱、屋面橫向水平支撐等結構構件傳至柱間支撐，柱間支撐的最大豎向分力使與其相連的柱腳錨栓產生上拔力。l改進措施：改進措施：根據(jù)門式剛架規(guī)程CECS102第7.2.19條規(guī)定，進行有柱間支撐的柱腳錨栓在風荷載作用下的上拔力計算。計算柱間支撐產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 未復核柱腳底部水平剪力能否由底板與混凝土基礎間的摩擦力承受，當摩擦力

13、不足時，應設柱腳抗剪鍵。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間的摩擦力(摩擦系數(shù)可取0.4)或設置抗剪鍵承受。l改進措施：改進措施：按門式剛架規(guī)程的規(guī)定，復核柱腳底部的水平剪力是否可由柱腳底板與混凝土基礎間的摩擦力承受，當摩擦力不足時，柱腳底板下應加焊抗剪鍵。柱腳底部的水平剪力和摩擦力均應取可能的最不利的組合設計值。柱腳抗剪鍵的截面尺寸和連接焊縫應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 檁條和墻梁設計計算時，未按門式剛架規(guī)程的附錄A計算風荷載，也未考慮風吸力

14、的不利影響。l原因分析：原因分析：門式剛架輕型鋼結構房屋屬于低矮房屋范疇，進行風荷載計算時所需要的風荷載體形系數(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)行國家標準荷載規(guī)范GB50009的基本風壓值乘以綜合調整系數(shù)1.05。l改進措施：改進措施： 進行門式剛架輕型鋼結構房屋檁條和墻梁設計計算時，取自荷載規(guī)范第7.1.2條的基本風壓值應乘以1.05的綜合調整系數(shù)，風壓高度變化系數(shù)按荷載規(guī)范第7.2.1條和第7.2.2條的規(guī)定采用，當高度小于10m時，按10m處的數(shù)值采用；風荷載體型

15、系數(shù)，考慮內、外風壓最大值的組合，且含陣風系數(shù)，按門式剛架規(guī)程附錄A的A.0.2條的規(guī)定采用。l在風吸力作用下，冷彎薄壁型鋼檁條下翼緣受壓時，當屋面能阻止檁條上翼緣側向位移和扭轉時，可偏安全地按薄壁型鋼規(guī)范GB50018的公式(8.1.1-2)進行驗算。墻梁的設計計算與檁條類同。l3.3.6 門式剛架輕型鋼結構房屋的剛架立柱隨意改為鋼筋混凝土柱，仍按門式剛架結構體系進行設計，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構是一種跨變結構，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。鋼筋混凝土排架結構則不同，它的屋面主構件

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剛接。l 顯然，這是完全不同的兩種結構體系。因此，按門式剛架輕型鋼結構設計的房屋，不應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，鋼結構的斜梁與鋼筋混凝土的柱是兩種不同材性的構件，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致結構嚴重不安全。l改進措施：改進措施：（1）不得隨意將門式剛架輕型鋼結構房屋的立柱改為鋼筋混凝土柱，也就是說不得隨意改變結構的材料和體系；l （2）當必須將門式剛架輕型鋼結構房屋

17、的立柱改為鋼筋混凝土柱時，鋼筋混凝土柱必須與基礎剛接，鋼斜梁與柱頂應按能承受水平推力的鉸接連接進行構造設計，所構成的跨變排架結構應重新進行內力分析，除應重新驗算斜梁的承載力外，還應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，也應重新復核地基及基礎的承載力。l（3 3）門式剛架下柱若改為鋼筋混凝土斜梁可以設計成不帶拉桿的兩鉸直線拱，或帶拉桿的兩鉸直線拱，如圖：l 由于拱腳位移對拱肋受力的影響相當敏感，故建議帶拉桿的兩鉸直線拱其跨度不大于30m，不帶拉桿的兩鉸直線拱跨度不大于24m。l（4）拱拉桿不管在任何情況下都不能受壓，特別是風吸力時，都不能出現(xiàn)受壓狀態(tài)。l（5）不帶拉桿的兩鉸直線

18、拱的拱腳板不應設置抗剪鍵以承受水平力，帶拉桿的兩鉸供的拱腳底板不設抗剪鍵。l（6）拱腳的位移在滿足混凝土柱頂位移要求的同時，必須保證拱腳位移以及拱頂豎向位移后拱肋坡度不小于原坡度的2/3。l（7）混凝土柱按偏壓構件設計，混凝土柱頂應設置圈梁，并按單層廠房要求布置支撐，柱腳應為剛接。如下圖：l（8）柱頂剪力由剪力鍵承受，柱頂彎矩由錨栓或錨筋承受。梁端底板與柱頂板焊縫必須能傳遞剪力和彎矩。l3.3.7 屋面橫向水平支撐、柱間支撐、抗風柱及剛架結構連接節(jié)點(含柱腳連接節(jié)點及支撐構件連接節(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、抗風柱和剛架一道形成門式剛架結構的空間體系，共同承

19、受屋面和墻面結構傳來的垂直荷載、水平荷載和地震作用，其構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條、第3.1.4條和第7.2節(jié)的要求。l改進措施：改進措施： 在施工圖階段,設計單位的校審人員除校審門式剛架的計算書外，還應校審屋面橫向水平支撐、柱間支撐和抗風柱等主要受力構件的計算書，也應校審剛架結構體系各連接節(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。支撐構件采用型鋼時，連接節(jié)點應采用焊接連接節(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

20、產生的扭矩。因此檁托應有必要的剛度和承載力，以便對檁條端部提供扭轉約束。l改進措施：改進措施：根據(jù)薄壁型鋼規(guī)范GB50018第8.2.1條規(guī)定，垂直于斜梁上翼緣設置的單板檁托，應加焊側向加勁肋，以提高其對檁條端部扭轉的約束剛度。為了有效地約束檁條端部的扭轉，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計,如圖3.4.1所示。l 當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

21、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改進措施：改進措施：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,應在每個連接點處檁條腹板兩側各設置一個鎖緊螺帽;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(鋼管內設拉條)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)和柱內側翼緣受壓區(qū)未設置保證其穩(wěn)定的隅撐。l原因分析：原因分析：剛架梁、柱構件翼緣的局部穩(wěn)定

22、，在一般情況下系通過限制板件的寬厚比來保證；剛架梁、柱構件的整體穩(wěn)定則由剛架的支撐系統(tǒng)提供的側向支承點通過計算來保證。l改進措施：改進措施：在剛架斜梁下翼緣受壓區(qū)和柱內側翼緣受壓區(qū),應按門式剛架規(guī)程第6.1.6條第3款和第7.2.14條的要求設置隅撐作為側向支承點；剛架斜梁側向整體穩(wěn)定計算時，計算長度取側向支承點間的距離；隅撐一端與斜梁受壓翼緣相連，另一端與檁條相連；隅撐按軸心受壓桿件設計。如圖3.4.3所示：l圖3.4.3隅撐連接示意圖l3.4.4 剛架斜梁在翼緣轉折處腹板未設橫向加勁肋。l原因分析：原因分析：剛架斜梁腹板考慮屈曲后效應，在一般情況下雖然可通過限制其高厚比來保證合理的設計，但

23、在斜梁翼緣轉折處，由于受力復雜，應設置橫向加勁肋對腹板予以加強。l改進措施：改進措施：在剛架斜梁翼緣轉折處的腹板兩側，應設置橫向加勁肋，如圖3.4.4所示。 加勁肋的外伸寬度bsh0/30+40(mm)，其厚度tsbs/15。l圖3.4.4剛架斜梁翼緣轉折處腹板加勁肋示意圖l3.4.5 柱腳錨栓中心到基礎邊緣的距離小于4倍錨栓直徑及150mm，鋼柱腳底板邊緣到基礎頂面邊緣的距離小于100mm。l原因分析：原因分析：上海市標準輕型鋼結構設計規(guī)程DBJ08-68-97規(guī)定， 柱腳錨栓中心到基礎邊緣的距離不應小于4d及150mm,主要原因是要保證錨栓有足夠的保護層厚度，使錨栓錨固充分，受力可靠，也考

24、慮了基礎施工時錨栓位置可能發(fā)生偏差等不利因素。類似地，要求板邊距不小于100mm,主要考慮基礎頂面局部承壓和施工偏差的影響。l改進措施：改進措施： 宜參考上述要求，確定基礎頂面尺寸和預留柱腳錨栓位置；基礎施工時采取必要措施，減少施工偏差。l1、翼緣變厚度拼接從8mm變20mm，無坡口；突變宜差24mm，作坡口。l2、二次灌漿不滿，應加膨脹劑，讓砼頂砼面與底板接觸。l3、冷彎型鋼檁條只寫鍍鋅，結果施工單位采用電鍍，一個多月后腐蝕生銹。l4、搖擺柱頂焊死，柱失穩(wěn)，只能鉸接，只受軸向力。l5、安裝時也從山墻第一開間開始，先搭檁條，即往前裝，結果在小風作用下成系列倒塌。應先安裝水平及柱向支撐，讓形成剛體，方可繼續(xù)向前安裝。l6、門式剛架采用格構式。l7、當門式剛架跨